[C++, Ненормальное программирование, Программирование] can_throw или не can_throw?

Ответить на тему

Автор

Сообщение

news_bot ^®

Стаж: 6 лет 9 месяцев
Сообщений: 27286

news_bot ^® написал(а)
28-Июл-2020 15:32

Цитировать

Исключения являются частью языка C++. Неоднозначной его частью. Кто-то их принципиально не использует. Вот вообще не использует. От слова совсем. Но не мы. Поскольку считаем их весьма полезной штукой, существенно повышающей надежность кода.
К сожалению, далеко не везде исключения можно задействовать. Во-первых, исключения не бесплатны и, во-вторых, не всякий код способен "пережить" возникновение исключений.
Поэтому приходится держать исключения под контролем. Чему, на мой взгляд не сильно способствуют возможности современного C++. Ибо, как мне представляется, родные механизмы языка C++ в этой части находятся в недоразвитом состоянии.
По большому счету, у нас в распоряжении есть только спецификатор noexcept. Штука полезная, конечно, но недостаточная.
В этой статье я попробую рассказать о том, чего нам в очередной раз не хватило в C++, почему нам этого не хватило, и как мы постарались из этого выкрутиться при помощи старой чужой идеи и подручных средств.
Преамбула
В C++ есть спецификатор noexcept. Видя отметку noexcept в декларации функции/метода разработчик может понять, что вызывая эту функцию/метод исключений можно не ждать. Соответственно, используя noexcept функции/методы кода можно безопасно писать код для контекстов, в которых бросать исключения нельзя (деструкторы классов, операции swap, передаваемые в C-шный код callback-и и т.д.).
Однако, отметка noexcept хорошо видна лишь когда ты изучаешь декларации функций/методов. Но когда есть код, в котором вызывается какая-то функция/метод, то сразу не поймешь, ждать ли здесь исключений или нет. Вот, например:

void some_handler::on_read_result(
const asio::error_code & ec,
std::size_t bytes_transferred)
{
if(!ec)
{
m_data_size = bytes_transferred;
handle_data();
}
else
{...}
}

Не имея перед глазами декларации handle_data нельзя просто так определить, могут ли тут вылетать наружу исключения или не могут.
Так что спецификатор noexcept решает только первую часть проблемы: позволяет понять при написании кода можно ли вызывать конкретную функцию/метод не ожидая вылета наружу исключения.
Тогда как вторая часть — это убедится в том, бросает или не бросает исключения уже написанный ранее кусок кода, в котором вызываются те или иные методы. И вот тут лично мне не хватает наличия в C++ чего-то вроде noexcept-блока. Я бы хотел написать кусок кода и поместить этот кусок в noexcept-блок. Что-то типа:

void some_handler::on_read_result(
const asio::error_code & ec,
std::size_t bytes_transferred)
{
noexcept
{
if(!ec)
{
m_data_size = bytes_transferred;
handle_data();
}
else
{...}
}
}

А нужен этот блок чтобы получить проверку со стороны компилятора. Если в noexcept-блоке выполняются только noexcept-операции, то все хорошо. Но если какое-то из действий может бросить исключение, то компилятор выдает предупреждение, а лучше ошибку.
К сожалению, такого noexcept-блока в C++ пока нет. А раз нет, то приходится выкручиваться подручными средствами. Об одном таком самодельном средстве уже рассказывалось некоторое время назад. Сегодня же хочется рассказать о другом слепленном на коленке велосипеде, который несколько облегчил жизнь.
Проблема
Итак, есть недавно начатый свежий C++ проект, в котором исключения не только разрешены, но и используются для информирования о неожиданных проблемах. В этом проекте так же широко применяется механизм обратных вызовов (callback-ов).
Прежде всего это callback-и, которые выступают в роли completion-handler-ов для Asio. Выпускать исключения из таких callback-ов нельзя, т.к. Asio эти исключения не ловит и не обрабатывает. Соответственно, вылет исключения из completion-handler-а — это крах приложения.
Так же есть callback-и, которые отдаются в библиотеку на чистом Си. И, соответственно, оттуда так же нельзя выбрасывать исключения.
Поэтому внутри callback-а, который отдается в Asio или в C-шную библиотеку, нужно сделать try/catch, внутри которого будут выполняться нужные приложению действия, а вот выброшенные исключения будут перехватываться:

void some_handler::on_read_result(
const asio::error_code & ec,
std::size_t bytes_transferred)
{
try
{
handle_read_result(ec, bytes_transferred); // Основные действия.
}
catch(...)
{
// Хотя бы просто "проглотить" исключение.
}
}

Решение очевидное, но, к сожалению, ничто не мешает невнимательному (или уставшему) разработчику написать callback без try/catch и вызвать там метод handle_read_result. И компилятор тут нам ничем не поможет.
И, на мой взгляд, это проблема. Т.к. по мере развития проекта растет вероятность того, что одна из бросающих исключения функция/метод рано или поздно будет вызвана там, где исключения не перехватываются.
Решение в виде маркера can_throw
Решение было найдено в виде специального маркера can_throw, который передается аргументом во все прикладные функции/методы. Поэтому, если функция получает аргумент типа can_throw, то она может бросать исключения. А также вызывать другие функции/методы, которые получают can_throw.
Соответственно, если в каком-то callback-е нам приходится вызывать функцию/метод, которые требуют аргумента can_throw, то нам нужно позаботится о перехвате и обработке исключений.
А позаботится об этом нас заставит сам компилятор, т.к. маркер can_throw нельзя просто так создать и отдать в вызываемую функцию/метод. Т.е. мы не можем написать вот так:

void some_handler::handle_read_result(
can_throw_t can_throw,
const asio::error_code & ec,
std::size_t bytes_transferred)
{
... // Прикладная обработка которая может бросать исключения.
}
void some_handler::on_read_result(
const asio::error_code & ec,
std::size_t bytes_transferred)
{
// Вот так быть не должно!
handle_read_result(can_throw_t{}, ec, bytes_transferred);
}

Для того, чтобы экземпляры can_throw нельзя было создавать просто так был применен следующий подход:

class can_throw_t
{
friend class exception_handling_context_t;
can_throw_t() noexcept = default;
public:
~can_throw_t() noexcept = default;
can_throw_t( const can_throw_t & ) noexcept = default;
can_throw_t( can_throw_t && ) noexcept = default;
can_throw_t &
operator=( const can_throw_t & ) noexcept = default;
can_throw_t &
operator=( can_throw_t && ) noexcept = default;
};

Т.е. кто угодно может копировать и перемещать экземпляры типа can_throw_t, но вот создавать эти экземпляры "могут не только лишь все" (с). Для того, чтобы получить экземпляр can_throw_t следует сперва создать экземпляр типа exception_handling_context_t:

class exception_handling_context_t
{
public:
can_throw_t
make_can_throw_marker() const noexcept { return {}; }
};

а затем воспользоваться методом make_can_throw_marker()

void some_handler::on_read_result(
const asio::error_code & ec,
std::size_t bytes_transferred)
{
try
{
exception_handling_context_t ctx;
handle_read_result(ctx.make_can_throw_marker(), ec, bytes_transferred);
}
catch(...)
{}
}

Да, при этом ничто не запрещает создавать экземпляры exception_handling_context_t и без использования блоков try/catch. И можно было бы попробовать сделать более железобетонное решение. Например, функцию wrap_throwing_action, которая бы получала на вход лямбду, а внутри имела бы блок try, внутри которого бы лямбда и вызывалась. Что-то вроде:

class can_throw_t
{
// Разрешаем создание can_throw только внутри
// шаблонной функции wrap_throwing_action.
template<typename Lambda>
friend void wrap_throwing_action(Lambda &&);
can_throw_t() noexcept = default;
public:
... // Все как показано выше.
};
template< typename Lambda >
void wrap_throwing_action(Lambda && lambda)
{
try
{
lambda(can_throw_t{});
}
catch(...)
{}
}

Можно было бы и так.
Но пока мы ограничились именно показанными выше тривиальными реализациями can_throw_t и exception_handling_context_t.
Отчасти потому, что у нас callback-и и так создаются посредством специальных шаблонных функций, которые оборачивают лямбды несколькими слоями вспомогательных оберток, в том числе там есть и блок try.
Отчасти потому, что какие-то функции/методы нужно вызывать не только из callback-ов, но и из конструкторов объектов. А в конструкторах исключения разрешены, посему и создавать внутри тела конструктора дополнительный try нет смысла. Гораздо проще внутри конструктора объявить временный exception_handling_context_t и вызывать нужную функцию:

some_handler::some_handler(
std::vector<std::byte> initial_data,
std::size_t initial_data_size)
: m_data{std::move(initial_data)}
, m_data_size{initial_data_size}
{
exception_handling_context_t ctx;
handle_data(ctx.make_can_throw_marker());
}
...
void some_handler::handle_read_result(
can_throw_t can_throw,
const asio::error_code & ec,
std::size_t bytes_transferred)
{
if(!ec)
{
m_data_size = bytes_transferred;
handle_data(can_throw);
}
else
{
...
}
}
...
void some_handler::handle_data(can_throw_t)
{
... // Прикладная обработка данных.
}

Отчасти еще и потому, что для разных ситуаций нужны разные действия в catch: где-то проблемы логируются, где-то "проглатываются" (но при этом из callback-а возвращается код ошибки, а не положительный результат). Попытка запихнуть эти особенности обработки исключений в wrap_throwing_action только усложнила бы реализацию wrap_throwing_action.
Общие впечатления
Общие впечатления от использования описанного выше решения в течении двух месяцев клепания килотонн нового кода практически в режиме "без выходных и проходных" хорошие. Коэффициент спокойного сна сильно повысился. Как и обозримость кода: сразу видно, где исключения могут и будут вылетать. Причем это видно не только в местах декларации функций/методов, но и, что более важно в данном случае, в местах вызова функций/методов.
Однако, есть два момента, которые обязательно нужно подчеркнуть и которые не позволяют декларировать данное решение в качестве хоть сколько-нибудь универсального.
Во-первых, это увеличение объема кода за счет маркеров can_throw. Т.е., с одной стороны, глядя на код сразу видишь, кому разрешено бросать исключения. Но, с другой стороны, во многих функциях/методах появляется дополнительный параметр. И требуется некоторая привычка, чтобы не обращать на него внимание, если хочется разобраться с тем, что и как делает метод.
Во-вторых, накладные расходы на передачу маркера can_throw вниз по стеку вызовов не оценивались. В нашем конкретном случае такие накладные расходы, если они и есть, роли не играют. Т.к. callback-и, в которых can_throw создаются, вызываются ну максимум несколько десятков тысяч раз в секунду. И передача экземпляров can_throw внутри callback-а — это просто копейки по сравнению с выполняемой callback-ами прикладной работой (не говоря уже о стоимости операций, приводящих к вызову callback-ов).
Но вот если бы функции с маркерами can_throw стали бы вызываться миллионы раз в секунду, то накладные расходы на can_throw стоило бы оценить. Возможно, современные оптимизирующие компиляторы просто повыбрасывали бы передачу can_throw из генерируемого кода. Но сделали бы они это или нет, а если бы сделали то во всех ли случаях, — это все нужно проверять на практике.
Поэтому, как минимум, два вышеозначенных момента нужно иметь в виду тем, кто захочет применить подход с маркерами can_throw в своем коде.
Заключение
В данной статье я попытался поделится нашим свежим опытом и решением, которое несколько облегчило нам жизнь, при разработке нового кода на C++.
Но само это решение не было придумано нами. Насколько я помню, подобный подход описывался на каком-то из форумов (вроде бы это был RSDN) лет эдак 15 назад. Так что мы здесь ничего не изобретали, а лишь вспомнили про то, что кто-то придумал много лет назад.
Конечно же, было бы лучше иметь более продвинутые средства контроля за выбросом исключений в С++. Тогда бы не пришлось прибегать к велосипедам типа can_throw. Но пока есть лишь то, что есть :( И для повышения степени доверия к коду приходится собирать на коленке собственные велосипеды.
===========
Источник:
habr.com
===========
Похожие новости:

Теги для поиска: #_c++, #_nenormalnoe_programmirovanie (Ненормальное программирование), #_programmirovanie (Программирование), #_c++, #_c++11, #_c++, #_nenormalnoe_programmirovanie (
Ненормальное программирование
), #_programmirovanie (
Программирование
)

Профиль ЛС

Ответить на тему

Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы

Текущее время: 22-Ноя 18:46
Часовой пояс: UTC + 5