並行執行階段的例外狀況處理

文章
10/12/2023

並行執行時間會使用 C++ 例外狀況處理來傳達許多種類的錯誤。這些錯誤包括不正確執行時間使用、執行階段錯誤，例如無法取得資源，以及您提供給工作和工作組的工作函式中發生的錯誤。當工作或工作組擲回例外狀況時，執行時間會保留該例外狀況，並將它封送處理至等候工作或工作組完成的內容。針對輕量型工作和代理程式等元件，執行時間不會為您管理例外狀況。在這些情況下，您必須實作自己的例外狀況處理機制。本主題描述執行時間如何處理工作、工作組、輕量型工作和非同步代理程式擲回的例外狀況，以及如何回應應用程式中的例外狀況。

重點

當工作或工作組擲回例外狀況時，執行時間會保留該例外狀況，並將它封送處理至等候工作或工作組完成的內容。
可能的話，請以區塊括住對並行：：task：：get 和 concurrency：：task：：wait / try catch 的每個呼叫，以處理您可以從中復原的錯誤。如果工作擲回例外狀況，且工作未攔截該例外狀況、其中一個接續或主要應用程式，則執行時間會終止應用程式。
工作型接續一律會執行;不論前項工作是否已順利完成、擲回例外狀況或已取消，都無關緊要。如果前項工作擲回或取消，則以值為基礎的接續不會執行。
由於工作型接續一律執行，請考慮是否要在接續鏈結結尾新增以工作為基礎的接續。這有助於確保您的程式碼會觀察所有例外狀況。
當您呼叫 concurrency：：task：：get 並取消該工作時，執行時間會擲回並行：：task_canceled 。
執行時間不會管理輕量型工作和代理程式的例外狀況。

工作和接續

本節說明執行時間如何處理並行：：task 物件及其接續所擲回的例外狀況。如需工作和接續模型的詳細資訊，請參閱工作平行處理原則。

當您在傳遞至 task 物件的工作函式主體中擲回例外狀況時，執行時間會儲存該例外狀況，並將它封送處理至呼叫 concurrency：：task：：get 或 concurrency：：task：：wait 的內容。檔「工作平行處理原則」描述以工作為基礎的與以值為基礎的接續，但為了摘要說明，以值為基礎的接續會採用型 T 別的參數，而以工作為基礎的接續則採用型 task<T> 別的參數。如果擲回的工作有一或多個以值為基礎的接續，則不會排程執行這些接續。下列範例可說明此行為：

// eh-task.cpp
// compile with: /EHsc
#include <ppltasks.h>
#include <iostream>

using namespace concurrency;
using namespace std;

int wmain()
{
    wcout << L"Running a task..." << endl;
    // Create a task that throws.
    auto t = create_task([]
    {
        throw exception();
    });
    
    // Create a continuation that prints its input value.
    auto continuation = t.then([]
    {
        // We do not expect this task to run because
        // the antecedent task threw.
        wcout << L"In continuation task..." << endl;
    });

    // Wait for the continuation to finish and handle any 
    // error that occurs.
    try
    {
        wcout << L"Waiting for tasks to finish..." << endl;
        continuation.wait();

        // Alternatively, call get() to produce the same result.
        //continuation.get();
    }
    catch (const exception& e)
    {
        wcout << L"Caught exception." << endl;
    }
}
/* Output:
    Running a task...
    Waiting for tasks to finish...
    Caught exception.
*/

工作型接續可讓您處理前項工作擲回的任何例外狀況。工作型接續一律會執行;不論工作是否已順利完成、擲回例外狀況或已取消，都無關緊要。當工作擲回例外狀況時，其工作型接續會排程執行。下列範例顯示一律擲回的工作。工作有兩個接續：一個是以值為基礎，另一個是以工作為基礎。工作型例外狀況一律會執行，因此可以攔截前項工作擲回的例外狀況。當範例等候這兩個接續完成時，會再次擲回例外狀況，因為呼叫或 task::wait 時 task::get 一律會擲回工作例外狀況。

// eh-continuations.cpp
// compile with: /EHsc
#include <ppltasks.h>
#include <iostream>

using namespace concurrency;
using namespace std;

int wmain()
{    
    wcout << L"Running a task..." << endl;
    // Create a task that throws.
    auto t = create_task([]() -> int
    {
        throw exception();
        return 42;
    });

    //
    // Attach two continuations to the task. The first continuation is  
    // value-based; the second is task-based.

    // Value-based continuation.
    auto c1 = t.then([](int n)
    {
        // We don't expect to get here because the antecedent 
        // task always throws.
        wcout << L"Received " << n << L'.' << endl;
    });

    // Task-based continuation.
    auto c2 = t.then([](task<int> previousTask)
    {
        // We do expect to get here because task-based continuations
        // are scheduled even when the antecedent task throws.
        try
        {
            wcout << L"Received " << previousTask.get() << L'.' << endl;
        }
        catch (const exception& e)
        {
            wcout << L"Caught exception from previous task." << endl;
        }
    });

    // Wait for the continuations to finish.
    try
    {
        wcout << L"Waiting for tasks to finish..." << endl;
        (c1 && c2).wait();
    }
    catch (const exception& e)
    {
        wcout << L"Caught exception while waiting for all tasks to finish." << endl;
    }
}
/* Output:
    Running a task...
    Waiting for tasks to finish...
    Caught exception from previous task.
    Caught exception while waiting for all tasks to finish.
*/

我們建議您使用工作型接續來攔截能夠處理的例外狀況。由於工作型接續一律執行，請考慮是否要在接續鏈結結尾新增以工作為基礎的接續。這有助於確保您的程式碼會觀察所有例外狀況。下列範例顯示基本值型接續鏈結。鏈結中的第三個工作會擲回，因此不會執行後續的任何以值為基礎的接續。不過，最終接續是以工作為基礎，因此一律會執行。這個最後的接續會處理第三個工作擲回的例外狀況。

建議您擷取您可以捕捉到的最特定例外狀況。如果您沒有要攔截的特定例外狀況，可以省略此以工作為基礎的最終接續。任何例外狀況都會維持未處理狀態，而且可以終止應用程式。

// eh-task-chain.cpp
// compile with: /EHsc
#include <ppltasks.h>
#include <iostream>

using namespace concurrency;
using namespace std;

int wmain()
{
    int n = 1;
    create_task([n]
    {
        wcout << L"In first task. n = ";
        wcout << n << endl;
        
        return n * 2;

    }).then([](int n)
    {
        wcout << L"In second task. n = ";
        wcout << n << endl;

        return n * 2;

    }).then([](int n)
    {
        wcout << L"In third task. n = ";
        wcout << n << endl;

        // This task throws.
        throw exception();
        // Not reached.
        return n * 2;

    }).then([](int n)
    {
        // This continuation is not run because the previous task throws.
        wcout << L"In fourth task. n = ";
        wcout << n << endl;

        return n * 2;

    }).then([](task<int> previousTask)
    {
        // This continuation is run because it is task-based.
        try
        {
            // The call to task::get rethrows the exception.
            wcout << L"In final task. result = ";
            wcout << previousTask.get() << endl;
        }
        catch (const exception&)
        {
            wcout << L"<exception>" << endl;
        }
    }).wait();
}
/* Output:
    In first task. n = 1
    In second task. n = 2
    In third task. n = 4
    In final task. result = <exception>
*/

提示

您可以使用 concurrency：：task_completion_event：：set_exception 方法來將例外狀況與工作完成事件產生關聯。檔工作平行處理原則會更詳細地描述並行：：task_completion_event 類別。

concurrency：：task_canceled 是與相關的 task 重要執行時間例外狀況類型。當您呼叫 task::get 並取消該工作時，執行時間會 task_canceled 擲回。（相反地， task::wait 傳回task_status：：canceled 且不會擲回。您可以從工作型接續或呼叫 task::get 時攔截並處理此例外狀況。如需工作取消的詳細資訊，請參閱 PPL 中的取消。

警告

永遠不會從您的程式碼擲回 task_canceled。請改為呼叫並行：：cancel_current_task 。

如果工作擲回例外狀況，且工作未攔截該例外狀況、其中一個接續或主要應用程式，則執行時間會終止應用程式。如果您的應用程式當機，您可以設定 Visual Studio 在擲回 C++ 例外狀況時中斷。診斷未處理的例外狀況位置之後，請使用以工作為基礎的接續來處理它。

本檔中執行時間擲回的例外狀況一節說明如何更詳細地處理執行時間例外狀況。

[靠上]

工作組和平行演算法

本節描述執行時間如何處理工作組擲回的例外狀況。本節也適用于平行算法，例如 concurrency：:p arallel_for ，因為這些演算法建置在工作組上。

警告

請確定您瞭解例外狀況對相依工作的影響。如需如何搭配工作或平行演算法使用例外狀況處理的建議做法，請參閱平行模式程式庫中最佳做法主題中的<瞭解取消和例外狀況處理如何影響物件解構 >一節。

如需工作組的詳細資訊，請參閱工作平行處理原則。如需平行演算法的詳細資訊，請參閱平行演算法。

當您在傳遞至並行：：task_group或平行存取：：structured_task_group 物件的工作函式主體中擲回例外狀況時，執行時間會儲存該例外狀況，並將它封送處理至呼叫 concurrency：：task_group ：：wait、 concurrency：：structured_task_group：：wait 、 concurrency：：task_group：：run_and_wait 或平行存取的內容：structured_task_group：：run_and_wait 。執行時間也會停止工作組中的所有使用中工作（包括子工作組中的工作），並捨棄尚未啟動的任何工作。

下列範例顯示擲回例外狀況之工作函式的基本結構。此範例會使用物件來平行列印兩 point 個 task_group 物件的值。 print_point工作函式會將物件的值 point 列印到主控台。如果輸入值為 NULL ，則工作函式會擲回例外狀況。執行時間會儲存此例外狀況，並將它封送處理至呼叫 task_group::wait 的內容。

// eh-task-group.cpp
// compile with: /EHsc
#include <ppl.h>
#include <iostream>
#include <sstream>

using namespace concurrency;
using namespace std;

// Defines a basic point with X and Y coordinates.
struct point
{
   int X;
   int Y;
};

// Prints the provided point object to the console.
void print_point(point* pt)
{
   // Throw an exception if the value is NULL.
   if (pt == NULL)
   {
      throw exception("point is NULL.");
   }

   // Otherwise, print the values of the point.
   wstringstream ss;
   ss << L"X = " << pt->X << L", Y = " << pt->Y << endl;
   wcout << ss.str();
}

int wmain()
{
   // Create a few point objects.
   point pt = {15, 30};
   point* pt1 = &pt;
   point* pt2 = NULL;

   // Use a task group to print the values of the points.
   task_group tasks;

   tasks.run([&] {
      print_point(pt1);
   });

   tasks.run([&] {
      print_point(pt2);
   });

   // Wait for the tasks to finish. If any task throws an exception,
   // the runtime marshals it to the call to wait.
   try
   {
      tasks.wait();
   }
   catch (const exception& e)
   {
      wcerr << L"Caught exception: " << e.what() << endl;
   }
}

此範例會產生下列輸出。

X = 15, Y = 30Caught exception: point is NULL.

如需在工作組中使用例外狀況處理的完整範例，請參閱如何：使用例外狀況處理從平行迴圈中斷。

[靠上]

執行時間擲回的例外狀況

例外狀況可能是由呼叫執行時間所造成。除了並行：：task_canceled和並行：：operation_timed_out 以外，大部分的例外狀況類型都表示程式設計錯誤。這些錯誤通常無法復原，因此不應該由應用程式程式碼攔截或處理。當您需要診斷程式設計錯誤時，建議您只在應用程式程式碼中攔截或處理無法復原的錯誤。不過，瞭解執行時間所定義的例外狀況類型可協助您診斷程式設計錯誤。

例外狀況處理機制與工作函式擲回的例外狀況相同，適用于執行時間擲回的例外狀況。例如，當並行：：receive 函式未在指定的時段內收到訊息時，就會擲回 operation_timed_out 。如果在 receive 您傳遞給工作組的工作函式中擲回例外狀況，執行時間會儲存該例外狀況，並將它封送處理至呼叫 task_group::wait 、 structured_task_group::wait task_group::run_and_wait 或 structured_task_group::run_and_wait 的內容。

下列範例會使用並行：:p arallel_invoke 演算法平行執行兩個工作。第一個工作會等候五秒，然後將訊息傳送至訊息緩衝區。第二個工作會使用函 receive 式等候三秒，從相同的訊息緩衝區接收訊息。如果函式在期間內未收到訊息，則會 receive 擲回 operation_timed_out 。

// eh-time-out.cpp
// compile with: /EHsc
#include <agents.h>
#include <ppl.h>
#include <iostream>

using namespace concurrency;
using namespace std;

int wmain()
{
   single_assignment<int> buffer;
   int result;

   try
   {
      // Run two tasks in parallel.
      parallel_invoke(
         // This task waits 5 seconds and then sends a message to 
         // the message buffer.
         [&] {
            wait(5000); 
            send(buffer, 42);
         },
         // This task waits 3 seconds to receive a message.
         // The receive function throws operation_timed_out if it does 
         // not receive a message in the specified time period.
         [&] {
            result = receive(buffer, 3000);
         }
      );

      // Print the result.
      wcout << L"The result is " << result << endl;
   }
   catch (operation_timed_out&)
   {
      wcout << L"The operation timed out." << endl;
   }
}

此範例會產生下列輸出。

The operation timed out.

若要防止應用程式的異常終止，請確定程式碼在呼叫執行時間時處理例外狀況。當您呼叫使用並行執行時間的外部程式碼時，也處理例外狀況，例如協力廠商程式庫。

[靠上]

多個例外狀況

如果工作或平行演算法收到多個例外狀況，執行時間只會將其中一個例外狀況封送處理至呼叫內容。執行時間不保證它會封送處理哪一個例外狀況。

下列範例會 parallel_for 使用演算法將數位列印至主控台。如果輸入值小於某個最小值或大於某些最大值，則會擲回例外狀況。在此範例中，多個工作函式可能會擲回例外狀況。

// eh-multiple.cpp
// compile with: /EHsc
#include <ppl.h>
#include <iostream>
#include <sstream>

using namespace concurrency;
using namespace std;

int wmain()
{
   const int min = 0;
   const int max = 10;
   
   // Print values in a parallel_for loop. Use a try-catch block to 
   // handle any exceptions that occur in the loop.
   try
   {
      parallel_for(-5, 20, [min,max](int i)
      {
         // Throw an exeception if the input value is less than the 
         // minimum or greater than the maximum.

         // Otherwise, print the value to the console.

         if (i < min)
         {
            stringstream ss;
            ss << i << ": the value is less than the minimum.";
            throw exception(ss.str().c_str());
         }
         else if (i > max)
         {
            stringstream ss;
            ss << i << ": the value is greater than than the maximum.";
            throw exception(ss.str().c_str());
         }
         else
         {
            wstringstream ss;
            ss << i << endl;
            wcout << ss.str();
         }
      });
   }
   catch (exception& e)
   {
      // Print the error to the console.
      wcerr << L"Caught exception: " << e.what() << endl;
   }  
}

以下顯示此範例的範例輸出。

8293104567Caught exception: -5: the value is less than the minimum.

[靠上]

取消

並非所有例外狀況都表示錯誤。例如，搜尋演算法可能會在找到結果時，使用例外狀況處理來停止其相關聯的工作。如需如何在程式碼中使用取消機制的詳細資訊，請參閱 PPL 中的取消。

[靠上]

輕量型工作

輕量型工作是您直接從並行：：Scheduler 物件排程的工作。輕量型工作負擔比一般工作少。不過，執行時間不會攔截輕量型工作擲回的例外狀況。相反地，未處理的例外狀況處理常式會攔截例外狀況，而處理常式預設會終止進程。因此，請在應用程式中使用適當的錯誤處理機制。如需輕量型工作的詳細資訊，請參閱工作排程器。

[靠上]

非同步代理程式

如同輕量型工作，執行時間不會管理非同步代理程式擲回的例外狀況。

下列範例示範在衍生自 concurrency：：agent 的類別中處理例外狀況的一種方式。這個範例會 points_agent 定義類別。方法 points_agent::run 會 point 從訊息緩衝區讀取物件，並將其列印至主控台。如果方法收到指標，則會 run 擲回例外狀況 NULL 。

方法 run 會圍繞區塊中的所有 try - catch 工作。區塊 catch 會將例外狀況儲存在訊息緩衝區中。應用程式會在代理程式完成之後，從這個緩衝區讀取來檢查代理程式是否遇到錯誤。

// eh-agents.cpp
// compile with: /EHsc
#include <agents.h>
#include <iostream>

using namespace concurrency;
using namespace std;

// Defines a point with x and y coordinates.
struct point
{
   int X;
   int Y;
};

// Informs the agent to end processing.
point sentinel = {0,0};

// An agent that prints point objects to the console.
class point_agent : public agent
{
public:
   explicit point_agent(unbounded_buffer<point*>& points)
      : _points(points)
   { 
   }

   // Retrieves any exception that occurred in the agent.
   bool get_error(exception& e)
   {
      return try_receive(_error, e);
   }

protected:
   // Performs the work of the agent.
   void run()
   {
      // Perform processing in a try block.
      try
      {
         // Read from the buffer until we reach the sentinel value.
         while (true)
         {
            // Read a value from the message buffer.
            point* r = receive(_points);

            // In this example, it is an error to receive a 
            // NULL point pointer. In this case, throw an exception.
            if (r == NULL)
            {
               throw exception("point must not be NULL");
            }
            // Break from the loop if we receive the 
            // sentinel value.
            else if (r == &sentinel)
            {
               break;
            }
            // Otherwise, do something with the point.
            else
            {
               // Print the point to the console.
               wcout << L"X: " << r->X << L" Y: " << r->Y << endl;
            }
         }
      }
      // Store the error in the message buffer.
      catch (exception& e)
      {
         send(_error, e);
      }

      // Set the agent status to done.
      done();
   }

private:
   // A message buffer that receives point objects.
   unbounded_buffer<point*>& _points;

   // A message buffer that stores error information.
   single_assignment<exception> _error;
};

int wmain()
{  
   // Create a message buffer so that we can communicate with
   // the agent.
   unbounded_buffer<point*> buffer;

   // Create and start a point_agent object.
   point_agent a(buffer);
   a.start();

   // Send several points to the agent.
   point r1 = {10, 20};
   point r2 = {20, 30};
   point r3 = {30, 40};

   send(buffer, &r1);
   send(buffer, &r2);
   // To illustrate exception handling, send the NULL pointer to the agent.
   send(buffer, reinterpret_cast<point*>(NULL));
   send(buffer, &r3);
   send(buffer, &sentinel);

   // Wait for the agent to finish.
   agent::wait(&a);
  
   // Check whether the agent encountered an error.
   exception e;
   if (a.get_error(e))
   {
      cout << "error occurred in agent: " << e.what() << endl;
   }
   
   // Print out agent status.
   wcout << L"the status of the agent is: ";
   switch (a.status())
   {
   case agent_created:
      wcout << L"created";
      break;
   case agent_runnable:
      wcout << L"runnable";
      break;
   case agent_started:
      wcout << L"started";
      break;
   case agent_done:
      wcout << L"done";
      break;
   case agent_canceled:
      wcout << L"canceled";
      break;
   default:
      wcout << L"unknown";
      break;
   }
   wcout << endl;
}

此範例會產生下列輸出。

X: 10 Y: 20
X: 20 Y: 30
error occurred in agent: point must not be NULL
the status of the agent is: done

try catch - 因為區塊存在於迴圈之外 while ，所以代理程式會在遇到第一個錯誤時結束處理。 try catch - 如果區塊位於迴圈內 while ，代理程式會在發生錯誤之後繼續。

此範例會將例外狀況儲存在訊息緩衝區中，讓另一個元件可以在執行時監視代理程式是否有錯誤。此範例會使用並行：：single_assignment 物件來儲存錯誤。在代理程式處理多個例外狀況的情況下，類別 single_assignment 只會儲存傳遞給它的第一個訊息。若要只儲存最後一個例外狀況，請使用 concurrency：：overwrite_buffer 類別。若要儲存所有例外狀況，請使用 concurrency：：unbounded_buffer 類別。如需這些訊息區塊的詳細資訊，請參閱非同步消息塊。

如需非同步代理程式的詳細資訊，請參閱非同步代理程式。

[靠上]

摘要

[靠上]

另請參閱

並行執行階段
 工作平行處理原則
 平行演算法
 PPL 中的取消
 工作排程器
 非同步代理程式

分享方式：

並行執行階段的例外狀況處理

重點

本文內容

工作和接續

工作組和平行演算法

執行時間擲回的例外狀況

多個例外狀況

取消

輕量型工作

非同步代理程式

摘要

另請參閱

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