[C++] 예외 처리

예외 처리

프로그램 실행 중에는 예기치 못한 오류가 발생될 일이 많이 생긴다. 이는 프로세스 내부만이 아닌 외부로 부터의 입/출력 혹은 제어 신호에 의해 발생할 수 도 있다.

 

 예로 파일을 열려할 때, 권한 문제로 거부를 당하거나, 함수에 잘못된 인수가 들어오고, 컨테이너 크기보다 더욱 방대한 데이터가 입력되는 경우를 예로 들 수 있다. 이런 경우 런타임 에러를 피하고 프로그램을 안전하게 종료시키기 위하여 올바른 정보로 재수행을 재시도하거나, 입력을 다시 받는 등의 적절한 예외 처리를 하여야 한다.

 

 

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간단한 예외 처리

팩토리얼 오류 발생

#include <iostream>

using namespace std;

int fact(int n) {
	if (n == 1) return 1;
	return n * fact(n - 1);
)

int main() {
    int n;
    
    cout << "자연수를 입력하세요 : "
    ein >> n;
    
    if (n >= 1) { // n이 자연수일 때만 팩토리얼 계산
    	cout << n << "! = " << fact(n) << endl;
    )
    else { // 아니면 에러 메시지 출력
    	cout << n << ": 자연수가 아닙니다." << endl;
    }
}

자연수를 입력하세요 : 3
3! = 6

자연수를 입력하세요 : -1 // ERROR!!

 

위는 기본적인 팩토리얼 코드이다. 여기서 6번 줄에 "if (n == 1) return 1;" 조건문을 살펴보자.

 

6번 째 줄의 조건문은 팩토리얼 연산이 더이상 낮아질 수 없을 때, 재귀함수를 빠져나올 수 있는 조건문이다. 그런데, 만약 n이 0 이하의 수가 들어온다면 해당 조건문은 절대 참이될 수 없고 함수 스택은 무한히 쌓여 'StackOverFlow' 오류가 발생하게 된다.

 

이 같은 경우는 간단히 조건문을 수정하면 예외 처리가 가능해진다.

 

예외 처리

int fact(int n) {
	if (n < 2) return 1;
	return n * fact(n - 1);
)

 

 

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try, catch, throw

C++는 try, catch, throw 키워드를 통해 예외 처리를 한다.

 

try문은 예외가 발생할 것 같은 부분을 중괄호에 넣는다. throw문은 try문의 중괄호 안에서 특정 오류가 발생할 때, 해당 오류에 대한 정보를 catch 문에 전달한다. 마지막으로 catch문은 예상되는 오류를 대응할 수 있는 코드를 작성하고 throw에서 전달된 오류 사항을 확인하여, catch문이 처리할 수 있는 오류인 경우, 이에 대응할 수 있는 코드를 실행하여 오류를 방지한다.

 

 

try문 내부의 코드는 반드시 실패한다는 가정이 아닌, 성공적으로 끝날 수 도 있고 오류가 발생할 수도 있는 상태이다. 즉, 코드에 오류가 발생하지 않는다면 catch문을 무시하게 된다. 하지만 하나의 오류라도 발생하면 바로 catch 문으로 이동한다.

 

 

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표준 예외 처리 클래스

try 문에서 throw로 전달하는 메시지는 다양한 데이터형이 될 수 있다. 예로 throw를 int형이나 string형으로 전환할 수 있다.

 

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

int main() {
    int n, r;
    try {
        cout << "자연수 2개 입력: ";
        cin >> n >> r;
        
        if (n < 0 || r < 0) throw to_string(n) + ", " + to_string(r);
        
        cout << n + r << endl;
    }
    catch (const string &e) {
        cout << "예외 처리 : " << e << endl;
    }

    return 0;
}

자연수 2개 입력: 0 -1
예외 처리 : 0, -1

 

위 코드는 int 형 변수를 string으로 변경하여 예외 처리로 전달되는 것이다. 이와 같은 방식으로 int형이나 기본 라이브러리에서 제공하는 표준 예외 처리 클래스를 사용할 수 있다.

 

 

표준 예외 처리 클래스

클래스	설명
exception	모든 표준 C++ 예외 클래스들의 기본 클래스, 모든 오류에 대해 동일한 오류 문구 출력
logic_error	논리 오류를 나타내는 예외 클래스, 잘못된 논리를 갖고 있을 때 발생하는 예외 처리
runtime_error	런타임 에러를 나타내는 예외 클래스, 일반적으로 프로그램 실행 중 발생하는 예외 처리 사용
out_of_range	범위를 벗어난 접근이 발생, 주로 배열이나 컨테이너에서 사용
invalid_argument	함수에 전달된 인수가 유효하지 않은 경우 발생하는 예외
bad_alloc	메모리 할당에 실패했을 때 발생
bad_cast	dynamic_cast에서 잘못된 형 변환을 시도
bad_typeid	typeid 연산자에서 유효하지 않은 type을 확인하려고 시도했을 때 발생
bad_exception	예외 처리 블록에서 예외를 잡지 않았을 때, 혹은 throw로 다시 던지지 않았을 때 발생하는 예외
system_error	시스템 호출에서 오류가 발생했을 때 발생하는 예외
ios_base::failure	입출력 작업에서 오류가 발생했을 때 발생하는 예외

 

https://tcpschool.com/cpp/cpp_exception_class

 

위 표는 표준 예외 클래스에서 자주 사용될 수 있는 클래스들이다. 필요한 예외 블록에서 예상가는 오류에 대한 대응을 하기 위해 위 클래스들을 적절히 사용하면 더욱 오류 사항을 확인하기 빠르고 편리해질 수 있다.

 

 

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예외 처리 블록

try문에서 부터 우리는 중괄호를 통해 예외처리가 가능한 구역을 구별했다. 이러한 중괄호 구간을 예외 처리 블록이라고 명칭하며 예외 처리 블록의 위치에 따라 코드의 흐름이 변경될 수 있다.

 

아래 두 코드는 try 문의 블록의 위치가 다르다는 차이점이 있다. 이러한 차이점이 코드에 어떤 영향을 미칠까?

바로 반복문의 종료 시점이 달라진다는 것이다.

 

for문 외부 예외 처리

try {
	while (true) {
        int n, r;
        cout << "자연수 2개 입력: ";
        cin >> n >> r;

        if (cin.fail()) {
            throw string("입력이 잘못되었습니다.");
        }

        cout << comb(n, r) << endl;
    }
} catch (const string &e) {
    cout << e << endl;
    // 입력 스트림 초기화
    cin.clear();
    cin.ignore(numeric_limits<streamsize>::max(), '\n');
}

 

for문 외부에 예외 블록이 존재하는 경우, while문이 반복되는 중에 오류가 발생하면 try 블록 안의 모든 코드 실행을 취소하고 catch문으로 이동하여 반복문을 자연스럽게 나가게 된다.

 

for문 내부 예외 처리

while (true) {
    try {
        int n, r;
        cout << "자연수 2개 입력: ";
        cin >> n >> r;

        if (cin.fail()) {
            throw string("입력이 잘못되었습니다.");
        }

        cout << comb(n, r) << endl;
    }
    catch (const string &e) {
        cout << e << endl;
        // 입력 스트림 초기화
        cin.clear();
        cin.ignore(numeric_limits<streamsize>::max(), '\n');
    }
}

 

반대로, 예외 블록이 while문 안에 있는 경우, 예외 블록에서 오류가 발생하여 catch문으로 이동하더라도 catch문이 종료되면 다시 while 반복문이 실행된다.

 

이처럼 예외 처리는 단순한 예외만 처리하는 것이 아닌 코드의 흐름을 바꿀 수 있기도 하다.

 

 

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다중 예외 처리

만약 발생할 수 있는 예외가 한 개 이상이라면?

 

앞서 우리는 예외 처리를 표준화되어 있는 모델을 사용하여 좀더 가독성이 좋게 하는 방법과 다양한 자료형으로 변환하여 다양하게 처리할 수 있는 방법을 알았다. 하지만, 하나의 예외 블록에서 한개 이상의 예외가 발생할 수 있다면 어떻게 할까?

 

물론 표준 예외 처리 클래스의 최상위 exception 클래스를 통해 모든 오류를 상세한 정보 없이 처리할 수 있지만, 발생한 예외를 알수도 없게 코드를 작성하고 싶은 사람은 없을 것이다. 하여 C++의 예외 처리는 다중 catch문을 선언할 수 있게 되어 있다.

 

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

int main() {
    try {
        int n;
        cout << "숫자를 입력하세요: ";
        cin >> n;

        if (n == 1)
            throw 123; // int형 예외 던짐
        if (n == 2)
            throw string("abc"); // string형 예외 던짐
        if (n == 3)
            throw 3.14; // double형 예외 던짐, 런타임 에러
    }
    catch (int e) {
        cout << "int 예외: " << e << endl;
    }
    catch (const string &e) {
        cout << "string 예외: " << e << endl;
    }
    catch (...) {
        cout << "알수 없는 예외" << endl;
    }

    return 0;
}

 

위 코드에서 예외 처리 블록에서 int형과 string형을 던지는 예외처리가 발생한다. 이는 아래에 있는 2개의 catch문 중에서  throw문이 던지는 자료형을 받을 수 있는 catch문에게 전달된다. 만약, 위 코드에서 float형을 던진다면 어떠한 catch문에도 걸리지 않고 어떠한 예외 처리도 되지 않게된다.