Перенос исключений между потоками

Статья
06/09/2015

Visual C++ поддерживает передачу исключения из одного потока в другой. Передача исключений позволяет перехватывать исключение в одном потоке и затем обеспечить видимость того, что исключение возникло в другом потоке. Например, эту возможность можно использовать для создания многопоточного приложения, где первостепенный поток обрабатывает все исключения, создаваемые его второстепенными потоками. Передача исключений в основном полезна для разработчиков, создающих системы или библиотеки параллельного программирования. Для реализации передачи исключений Visual C++ предоставляет тип exception_ptr и функции current_exception, rethrow_exception и make_exception_ptr.

namespace std 
{
   typedef unspecified exception_ptr; 
   exception_ptr current_exception();
   void rethrow_exception(exception_ptr p);
   template<class E> 
       exception_ptr make_exception_ptr(E e) noexcept;
}

Параметры

Параметр	Описание
unspecified	Неуказанный внутренний класс, используемый для реализации типа exception_ptr.
p	Объект exception_ptr, который ссылается на исключение.
E	Класс, представляющий исключение.
e	Экземпляр класса E параметров.

Возвращаемое значение

Функция current_exception возвращает объект exception_ptr, который ссылается на исключение, выполняемое в данный момент. Если никакое исключение не выполняется, функция возвращает объект exception_ptr, не связанный ни с одним исключением.

Функция make_exception_ptr возвращает объект exception_ptr, который ссылается на исключение, заданное параметром e.

Заметки

Сценарий

Предположим, что требуется создать приложение, которое может масштабироваться для выполнения переменного объема работы. Для достижения этой цели создается многопоточное приложение, где исходный основной поток создает столько второстепенных потоков, сколько необходимо для выполнения задачи. Второстепенные потоки помогают первичному потоку распоряжаться ресурсами, распределять нагрузку и повышать пропускную способность. Благодаря распределению работы многопоточное приложение работает быстрее, чем однопоточное.

Однако если второстепенный поток вызывает исключение, необходимо обеспечить его обработку основным потоком. Это обусловлено тем, что требуется обеспечить обработку исключений приложением единообразным, унифицированным способом независимо от количества второстепенных потоков.

Решение

Для выполнения указанного выше сценария стандарт C++ поддерживает передачу исключений между потоками. Если второстепенный поток вызывает исключение, это исключение становится текущим исключением. Используя аналогию из реального мира, говорят, что текущее исключение находится в полете. Текущее исключение находится в полете со времени создания до возвращения результата обработчиком исключений, перехватывающим его.

Второстепенный поток может перехватить текущее исключение в блоке catch, а затем вызвать функцию current_exception для сохранения исключения в объект exception_ptr. Объект exception_ptr должен быть доступным для второстепенного и первичного потоков. Например, объект exception_ptr может быть глобальной переменной, доступ к который регулируется мьютексом. Термин передавать исключение означает, что исключение в одном потоке можно преобразовать в форму, к которой может получить доступ другой поток.

Далее основной поток вызывает функцию rethrow_exception, которая извлекает исключение из объекта exception_ptr и затем вызывает его. При вызове исключения оно становится текущим исключением в основном потоке. Это означает, что создается видимость того, что исключение возникает в основном потоке.

Наконец, основной поток может перехватить текущее исключение в блоке catch и затем обработать его или передать его обработчику исключений верхнего уровня. Также основной поток может проигнорировать исключение и позволить процессу завершиться.

Большинству приложений не требуется передавать исключения между потоками. Однако эта функция полезна в системе параллельных вычислений, поскольку система может распределить работу между второстепенными потоками, процессорами или ядрами. В среде параллельных вычислений один выделенный поток может обрабатывать все исключения из второстепенных потоков и может предоставлять единообразную модель обработки исключений любому приложению.

Дополнительные сведения о предложении Комитета по стандартам C++ можно получить, найдя в Интернете документ с номером N2179 «Поддержка передачи исключений между потоками в языке».

Модели обработки исключений и параметры компилятора

Модель обработки исключений приложения определяет, возможен ли в нем перехват и передача исключения. Visual C++ поддерживает 3 модели, которые могут обрабатывать исключения C++, исключения структурированной обработки (SEH) и исключения среды CLR. Используйте параметры компилятора /EH и /clr, чтобы определить модель обработки исключений приложения.

Только следующее сочетание параметров компилятора и операторов программирования может передавать исключение. Другие сочетания либо не могут перехватывать исключения, либо могут перехватывать, но не могут передавать исключения.

Параметр компилятора /EHa и оператор catch могут передавать исключения SEH и C++.
Параметры компилятора /EHa, /EHs и /EHsc и оператор catch могут передавать исключения C++.

Параметр компилятора /CLR или /CLR:pure и оператор catch могут передавать исключения C++. Параметры компилятора /CLR определяют спецификацию параметра /EHa. Обратите внимание, что компилятор не поддерживает передачу управляемых исключений. Это обусловлено тем, что управляемые исключения, которые являются производными от класса System.Exception, уже являются объектами, которые можно перемещать между потоками с помощью возможностей среды CLR.

Примечание по безопасности
Рекомендуется указать параметр компилятора /EHsc и перехватывать только исключения C++.Возникает угроза безопасности, если используется параметр компилятора /EHa или /CLR и оператор catch с объявлением исключений с многоточием (catch(...)).Возможно, планируется использовать оператор catch для перехвата нескольких конкретных исключений.Однако оператор catch(...) перехватывает все исключения C++ и SEH, включая непредвиденные, которые должны приводить к сбою.Если непредвиденное исключение игнорируется или обрабатывается неверно, вредоносный код может использовать эту возможность, чтобы подорвать безопасность программы.

Рекомендуется указать параметр компилятора /EHsc и перехватывать только исключения C++.Возникает угроза безопасности, если используется параметр компилятора /EHa или /CLR и оператор catch с объявлением исключений с многоточием (catch(...)).Возможно, планируется использовать оператор catch для перехвата нескольких конкретных исключений.Однако оператор catch(...) перехватывает все исключения C++ и SEH, включая непредвиденные, которые должны приводить к сбою.Если непредвиденное исключение игнорируется или обрабатывается неверно, вредоносный код может использовать эту возможность, чтобы подорвать безопасность программы.

Использование

В следующих разделах описывается методика передачи исключений с помощью типа exception_ptr и current_exception, rethrow_exception и функций make_exception_ptr.

Тип exception_ptr

Используйте объект exception_ptr для ссылки на текущее исключение или экземпляр указанного пользователем исключения. В реализации Майкрософт исключение представлено структурой EXCEPTION_RECORD. Каждый объект exception_ptr содержит поле ссылки на исключение, указывающее на копию структуры EXCEPTION_RECORD, представляющую исключение.

При объявлении переменной exception_ptr эта переменная не связана ни с одним исключением. То есть в поле ссылки на исключение находится значение NULL. Такой объект exception_ptr называется exception_ptr null.

Используйте функцию current_exception или make_exception_ptr для назначения исключения объекту exception_ptr. При назначении исключения переменной exception_ptr поле ссылки на исключение переменной указывает на копию исключения. При нехватке памяти для копирования исключения поле ссылки на исключение указывает на копию исключения std::bad_alloc. Если функция current_exception или make_exception_ptr не может скопировать исключение по какой-либо другой причине, эта функция вызывает функцию terminate (CRT), чтобы выйти из текущего процесса.

Несмотря на свое имя, объект exception_ptr не является указателем. Он не повинуется семантике указателя и не может использоваться с операторами доступа к членам указателей (->) или косвенного обращения (*). Объект exception_ptr не имеет открытых данных-членов и функций-членов.

Сравнения:

Можно использовать операторы равенства (==) и неравенства (!=) для сравнения двух объектов exception_ptr. Эти операторы не сравнивают бинарное значение (битовый шаблон) структур EXCEPTION_RECORD, которые представляют исключения. Вместо этого операторы сравнивают адреса в поле ссылки на исключение объектов exception_ptr. Поэтому exception_ptr со значением null и значение NULL при сравнении считаются равными.

Функция current_exception

Вызовите функцию current_exception в блоке catch. Если исключение находится в полете и блок catch может перехватить это исключение, функция current_exception возвращает объект exception_ptr, который ссылается на это исключение. В противном случае функция возвращает объект exception_ptr со значением null.

Подробные сведения:

Функция current_exception перехватывает исключение, находящееся в полете, независимо от того, определяет ли оператор catch оператор объявления исключения.

Деструктор для текущего исключения вызывается в конце блока catch, если не требуется повторно создавать исключение. Однако даже при вызове функции current_exception в деструкторе эта функция возвращает объект exception_ptr, который ссылается на текущее исключение.

Последующие вызовы функции current_exception возвращают объекты exception_ptr, которые ссылаются на различные копии текущего исключения. Соответственно, при сравнении объекты не признаются равными, поскольку они ссылаются на различные копии, даже если эти копии имеют одинаковые бинарные значения.

Исключения SEH:

Если используется параметр компилятора /EHa, можно перехватить исключение SEH в блоке catch C++. Функция current_exception возвращает объект exception_ptr, который ссылается на исключение SEH. А функция rethrow_exception создает SEH-исключение при вызове его с использованием переданного объекта exception_ptr в качестве аргумента.

Функция current_exception возвращает значение exception_ptr со значением null при ее вызове в обработчике завершения __finally для SEH, обработчике исключений __except или выражении фильтра __except.

Переданное исключение не поддерживает вложенные исключения. Вложенное исключение возникает, если во время обработки одного исключения возникает другое исключение. Если производится перехват вложенного исключения, данные-член EXCEPTION_RECORD.ExceptionRecord указывает на цепочку структур EXCEPTION_RECORD, описывающих соответствующие исключения. Функция current_exception не поддерживает вложенные исключения, поскольку она возвращает объект exception_ptr, данные-член ExceptionRecord которого обнулен.

Если производится перехват исключения SEH, необходимо обеспечить распределение памяти, на которую ссылается любой указатель в массиве данных-членов EXCEPTION_RECORD.ExceptionInformation. Необходимо гарантировать, что эта память действительна в течение времени существования соответствующего объекта exception_ptr и что эта память освобождается, когда объект exception_ptr удаляется.

Можно использовать функции преобразователя структурированного исключения (SE) вместе с функцией передачи исключений. Если исключение SEH преобразуется в исключение C++, функция current_exception возвращает exception_ptr, который ссылается на преобразованное исключение вместо исходного исключения SEH. Затем функция rethrow_exception вызывает преобразованное , а не исходное исключение. Дополнительные сведения о функциях преобразователя SE см. в разделе _set_se_translator.

Функция rethrow_exception

После сохранения перехваченного исключения в объект exception_ptr основной поток может обработать этот объект. В основном потоке вызовите функцию rethrow_exception, указав объект exception_ptr в качестве аргумента. Функция rethrow_exception извлекает исключение из объекта exception_ptr и затем вызывает это исключение в контексте основного потока. Если параметр p функции rethrow_exception имеет является exception_ptr со значением null, эта функция создает исключение std::bad_exception.

Извлеченное исключение теперь является текущим исключением в основном потоке, и его можно обработать как любое другое исключение. При перехвате исключения можно обработать его незамедлительно или использовать оператор throw для отправки его в обработчик исключений верхнего уровня. В противном случае можно ничего не делать и позволить системному обработчику исключений по умолчанию завершить процесс.

Функция make_exception_ptr

Функция make_exception_ptr принимает экземпляр класса в качестве аргумента и затем возвращает exception_ptr, который ссылается на этот экземпляр. Обычно объект класс исключений указывается в качестве аргумента функции make_exception_ptr, однако любой объект класса может быть аргументом.

Вызов функции make_exception_ptr аналогичен созданию исключения C++, его перехвату в блоке catch дальнейшему вызову функции current_exception для возвращения объекта exception_ptr, ссылающегося на это исключение. Реализация Майкрософт для функции make_exception_ptr является более эффективной, чем создание и последующий перехват исключения.

Приложение обычно не требует функции make_exception_ptr, и мы не рекомендуем использовать ее.

Пример

В следующем примере стандартное исключение C++ и пользовательское исключение C++ передаются из одного потока в другой.

// transport_exception.cpp
// compile with: /EHsc /MD
#include <windows.h>
#include <stdio.h> 
#include <exception>
#include <stdexcept>

using namespace std;

// Define thread-specific information.
#define THREADCOUNT 2
exception_ptr aException[THREADCOUNT]; 
int           aArg[THREADCOUNT];

DWORD WINAPI ThrowExceptions( LPVOID ); 

// Specify a user-defined, custom exception. 
// As a best practice, derive your exception 
// directly or indirectly from std::exception. 
class myException : public std::exception { 
};
int main()
{
    HANDLE aThread[THREADCOUNT];
    DWORD ThreadID;

    // Create secondary threads.
    for( int i=0; i < THREADCOUNT; i++ )
    {
        aArg[i] = i;
        aThread[i] = CreateThread( 
            NULL,       // Default security attributes.
            0,          // Default stack size.
            (LPTHREAD_START_ROUTINE) ThrowExceptions, 
            (LPVOID) &aArg[i], // Thread function argument.
            0,          // Default creation flags.
            &ThreadID); // Receives thread identifier.
        if( aThread[i] == NULL )
        {
            printf("CreateThread error: %d\n", GetLastError());
            return -1;
        }
    } 

    // Wait for all threads to terminate.
    WaitForMultipleObjects(THREADCOUNT, aThread, TRUE, INFINITE); 
    // Close thread handles.
    for( int i=0; i < THREADCOUNT; i++ ) {
        CloseHandle(aThread[i]); 
    }

    // Rethrow and catch the transported exceptions.
    for ( int i = 0; i < THREADCOUNT; i++ ) {
        try {
            if (aException[i] == NULL) {
                printf("exception_ptr %d: No exception was transported.\n", i);
            }
            else {
                rethrow_exception( aException[i] );
            }  
        }
        catch( const invalid_argument & ) {
            printf("exception_ptr %d: Caught an invalid_argument exception.\n", i);
        }
        catch( const myException & ) {
            printf("exception_ptr %d: Caught a  myException exception.\n", i);
        }
    }
} 
// Each thread throws an exception depending on its thread 
// function argument, and then ends. 
DWORD WINAPI ThrowExceptions( LPVOID lpParam ) 
{ 
    int x = *((int*)lpParam);
    if (x == 0) {
        try {
            // Standard C++ exception.
            // This example explicitly throws invalid_argument exception. 
            // In practice, your application performs an operation that 
            // implicitly throws an exception.
            throw invalid_argument("A C++ exception.");
        }  
        catch ( const invalid_argument & ) { 
            aException[x] = current_exception();
        } 
    }
    else {
        // User-defined exception.
        aException[x] = make_exception_ptr( myException() ); 
    }
    return TRUE; 
}

Требования

Заголовок: <исключение>

См. также

Ссылки

Обработка исключений в Visual C++

Структура EXCEPTION_RECORD

Синтаксис обработчика

Параметр /EH (модель обработки исключений)

/clr (компиляция CLR)

Поделиться через