07-12-2021, 16:54
Im Kontext der Ausnahmebehandlung bezieht sich das Ausholen des Stacks auf den Prozess, der den Aufbau des Aufrufstapels bereinigt, während eine Ausnahme durch die Schichten eines Programms propagiert wird. Sie könnten eine Funktion haben, die eine andere Funktion aufruft, und diese Funktion wirft eine Ausnahme aufgrund eines aufgetretenen Fehlers. Man kann sich den Aufrufstapel wie einen Stapel von Dokumenten vorstellen, wobei jeder Funktionsaufruf auf dem vorherigen sitzt. Wenn die Ausnahme geworfen wird, muss das Laufzeitsystem jede dieser Funktionen aus dem Stapel entfernen, bis es einen Catch-Block findet, der die Ausnahme behandeln kann. Dieser Prozess entfernt nicht nur Funktionsaufrufe; er beinhaltet auch das Aufrufen von Destruktoren oder Bereinigungsroutinen für Ressourcen, die in diesen Funktionen zugewiesen wurden.
In Sprachen wie C++ und Rust werden Destruktoren automatisch als Teil des Ausholprozesses aufgerufen. Wenn Sie beispielsweise ein Objekt in einer Funktion deklarieren und dann eine Ausnahme werfen, bevor die Funktion abgeschlossen ist, wird der Destruktor für dieses Objekt automatisch aufgerufen, während der Stapel sich ausholt. Diese automatische Invocation ist entscheidend für das Ressourcenmanagement und hilft, Speicherlecks oder Ressourcenkonflikte zu verhindern. Im Gegensatz dazu verwendet Java einen Garbage Collector, um den Speicher zu verwalten, was bedeutet, dass es keine expliziten Destruktoren gibt, aber dennoch Finalizer verwaltet werden müssen. Hier verursachen die nicht gefangenen Ausnahmen, dass sich der Stapel ausholt, indem sie die Catch-Blöcke aufrufen oder den Kontrollfluss beenden.
Ausnahmepropagation
In einer mehrschichtigen Funktionsstruktur hängt die Ausnahmepropagation von der spezifischen Ausnahme ab, die geworfen wird, sowie davon, wie die Funktionen sie behandeln. Sie müssen verstehen, dass nicht alle Ausnahmen von derselben Schicht der Funktion eingefangen werden sollen; dies gilt insbesondere, wenn Sie mit einer Bibliothek oder einem Framework arbeiten, die Funktionsaufrufe schichtet. In C++, wenn Sie eine Ausnahme in Funktion A werfen, die von Funktion B aufgerufen wurde, und B hat keinen Catch-Block für diesen Ausnahmetyp, wird die Kontrolle schließlich an Funktion C weitergegeben, die sie möglicherweise behandelt oder weiter nach oben im Aufrufstapel propagiert.
Stellen Sie sich vor, Sie haben eine Methode, die mit einer Datenbank interagiert und einen Verbindungsfehler wirft. Wenn Funktion B die Ausnahmen nicht selbst behandelt, sondern Funktion A aufruft, wo die Interaktion mit der Datenbank stattfindet, reist die Ausnahme zurück zu Funktion C, die den Fehler möglicherweise protokolliert, bevor sie entscheidet, ihn erneut zu werfen oder zu behandeln. Diese Kette setzt sich fort, bis ein geeigneter Catch-Block gefunden ist oder das Programm vollständig beendet wird, wenn kein Handler vorhanden ist. Jede Schicht Ihrer Funktionsaufrufe muss entweder mit Ausnahmen umgehen oder sie nach oben weitergeben und damit eine Schicht der Entscheidungsfindung hinzufügen, insbesondere für Funktionen, die erwarten, bestimmte Fehler elegant zu behandeln.
Ressourcenverwaltung während des Ausholens
Eine Herausforderung während des Ausholens des Stacks besteht darin, Ressourcen zu verwalten. In Sprachen mit manueller Speicherverwaltung, wie C und C++, kann das Versäumnis, während dieses Prozesses zugewiesene Ressourcen freizugeben, zu Lecks führen. Wenn beispielsweise eine Funktion Speicher zuweist und dann eine Ausnahme auftritt, könnte dieser Speicher weiterhin zugewiesen sein, ohne eine Möglichkeit zu haben, ihn richtig freizugeben. Diese Situation schafft einen Imperativ für ein sorgfältiges Ressourcenmanagement, das oft durch RAII (Resource Acquisition Is Initialization) -Muster implementiert wird. Bei RAII wird der Destruktor aufgerufen, wenn ein Objekt den Gültigkeitsbereich verlässt, und es werden automatisch alle Ressourcen freigegeben, die es gehalten hat, was eine äußerst elegante Lösung für das Problem darstellt.
Im Gegensatz dazu gibt es in Sprachen wie Go einen Wiederherstellungsmechanismus, den Sie zur Verwaltung nach dem Ausholen des Stacks verwenden können. Durch die Verwendung der "defer"-Anweisung können Sie sicherstellen, dass spezifischer Bereinigungscode ausgeführt wird, unabhängig davon, ob eine Ausnahme auftritt. Dies ermöglicht es Ihnen, das Ressourcenmanagement so zu kapseln, dass die Freigabe garantiert wird, selbst wenn während der Ausführung etwas schiefgeht. Beachten Sie jedoch, dass dies nicht so kostenneutral ist, wie einige behaupten; jeder aufgeschobene Aufruf erhöht die Kosten sowohl für die Ausführung als auch für die Lesbarkeit, sodass Sie diese Faktoren sorgfältig abwägen müssen, basierend auf der Komplexität und den Leistungsanforderungen Ihrer Anwendung.
Ausnahme-Sicherheitsniveaus
Sie sind wahrscheinlich auf das Konzept der Ausnahme-Sicherheitsniveaus gestoßen. Wenn Sie Ausnahmen werfen, sind nicht alle Operationen gleich sicher. Die Niveaus reichen von grundlegenden Ausnahme-Sicherheitsgarantien, die gewährleisten, dass das Programm in einem gültigen Zustand bleibt, bis hin zu der stärksten Bedingung, die garantiert, dass keine Ressourcenlecks auftreten und jede Operation entweder vollständig erfolgreich ist oder den Zustand des Programms unverändert lässt.
Ein einfaches Maß an Garantie könnte ausreichend sein, wenn Sie einen einfachen Datei-Parser schreiben. Angenommen, das Parsen eines Teils der Datei schlägt fehl; es ist akzeptabel, dass der Parser eine Ausnahme wirft, ohne die Gesamtintegrität der Datei selbst zu gefährden. Im Gegensatz dazu ist in einer Banking-Anwendung die Idee der Transaktionsgarantien von größter Bedeutung. Die Gewährleistung der Atomarität stellt sicher, dass entweder die gesamte Transaktion commitet oder zurückgerollt wird, ohne die Kundenkonten während eines Fehlerzustands zu beeinträchtigen. Die Verwendung von Mechanismen wie try-catch-Blöcken in C++ kann Ihnen helfen, diese Sicherheitsniveaus durch sorgfältige Designentscheidungen durchzusetzen.
Leistungsimpact des Ausholens
Die Leistungskosten, die mit dem Ausholen des Stacks verbunden sind, können erheblich sein, und dies ist oft in Sprachen wie C++ ausgeprägter, in denen Destruktoren für jeden Bereich, der sich ausholt, aufgerufen werden müssen. Jedes Mal, wenn eine Ausnahme geworfen wird, können Sie auf Kosten des "Ausholens des Stacks" stoßen, die sich nicht nur aus Buchhaltungsarbeiten, sondern auch aus dynamisch zugewiesenen Ressourcen zusammensetzen. Dieser Overhead wird durch Compiler kompliziert, die in einigen Fällen optimieren können, aber dennoch den allgemeinen Fall von Ausnahmen behandeln müssen.
Andererseits können Sie in Umgebungen wie .NET oder Java, in denen Ausnahmen vom Laufzeitsystem verwaltet werden, weniger Overhead erleben, da der Garbage Collector die Ressourcenbereinigung übernimmt, allerdings auf Kosten einer gewissen Leistung und Determinismus. Möglicherweise begegnen Sie einem Trade-off, je nach Ihren spezifischen Anforderungen, bei dem die sichere und einfache Handhabung von Ausnahmen in einer verwalteten Laufzeit möglicherweise vorzuziehen ist gegenüber der reinen Leistung einer kompilierte Sprache mit Ausnahmebehandlung wie C++.
Plattform-spezifische Implementierungen
Verschiedene Programmiersprachen implementieren das Ausholen des Stacks über ihre Compiler und Laufzeiten, und hier finden Sie einige grundlegende Unterschiede. Zum Beispiel verlässt sich C++ auf Mechanismen, die im Sprachstandard selbst definiert sind, und verwendet Funktionen wie "std::terminate", um abzubrechen, wenn kein geeigneter Catch-Block gefunden wird. Währenddessen verwendet Java einen strukturierten Ansatz aufgrund seiner verwalteten Umgebung, was das Ausholen des Stacks erheblich vereinfacht, aber weniger flexibel für die Verwaltung von niedrigstufigen Ressourcen macht.
Java verwendet ein Ausnahmeobjekt, um den Fehlerzustand zu transportieren, der von mehreren Handlern gefangen werden kann, die ihr Interesse an spezifischeren oder generischen Ausnahmetypen spezifizieren. Im Gegensatz dazu hat C# eine ähnliche Struktur, führt jedoch asynchrone Ausnahmen ein, die den Ausholprozess etwas weiter komplizieren. Wenn Sie Anwendungen erstellen, die sich über mehrere Plattformen erstrecken, hilft Ihnen das Verständnis dafür, wie jede Sprache ihre Ausholoperationen stapelt, die richtige Wahl für die jeweilige Aufgabe zu treffen.
Fazit und praktische Anwendung
In der Praxis beruhen gute Praktiken zur Ausnahmebehandlung auf sorgfältigem Ressourcenmanagement, angemessenen Ausnahme-Sicherheitsgarantien und dem Bewusstsein über plattformspezifische Verhaltensweisen während des Ausholens des Stacks. Es ist entscheidend, Ihre Funktionen so zu gestalten, dass sie Ausnahmen elegant behandeln können, sodass sie nach Bedarf propagiert werden, ohne den Gesamtzustand oder die Leistung der Anwendung zu gefährden.
Die effektive Verwendung von Sprachidiomen, wie RAII in C++ oder "defer" in Go, schafft ein weiteres Maß an Vertrauen, dass Ressourcen nicht verloren gehen. Die verschiedenen Strategien, die von verschiedenen Sprachen verwendet werden, zeigen, wie wichtig es ist, die Nuancen der Umgebungen, in denen Sie schreiben, zu kennen. Die Mischung aus hochrangigen Abstraktionen, sprachspezifischen Werkzeugen und konsistenten Mustern kann Ihnen sowohl die Macht als auch die Flexibilität geben, die Sie benötigen.
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In Sprachen wie C++ und Rust werden Destruktoren automatisch als Teil des Ausholprozesses aufgerufen. Wenn Sie beispielsweise ein Objekt in einer Funktion deklarieren und dann eine Ausnahme werfen, bevor die Funktion abgeschlossen ist, wird der Destruktor für dieses Objekt automatisch aufgerufen, während der Stapel sich ausholt. Diese automatische Invocation ist entscheidend für das Ressourcenmanagement und hilft, Speicherlecks oder Ressourcenkonflikte zu verhindern. Im Gegensatz dazu verwendet Java einen Garbage Collector, um den Speicher zu verwalten, was bedeutet, dass es keine expliziten Destruktoren gibt, aber dennoch Finalizer verwaltet werden müssen. Hier verursachen die nicht gefangenen Ausnahmen, dass sich der Stapel ausholt, indem sie die Catch-Blöcke aufrufen oder den Kontrollfluss beenden.
Ausnahmepropagation
In einer mehrschichtigen Funktionsstruktur hängt die Ausnahmepropagation von der spezifischen Ausnahme ab, die geworfen wird, sowie davon, wie die Funktionen sie behandeln. Sie müssen verstehen, dass nicht alle Ausnahmen von derselben Schicht der Funktion eingefangen werden sollen; dies gilt insbesondere, wenn Sie mit einer Bibliothek oder einem Framework arbeiten, die Funktionsaufrufe schichtet. In C++, wenn Sie eine Ausnahme in Funktion A werfen, die von Funktion B aufgerufen wurde, und B hat keinen Catch-Block für diesen Ausnahmetyp, wird die Kontrolle schließlich an Funktion C weitergegeben, die sie möglicherweise behandelt oder weiter nach oben im Aufrufstapel propagiert.
Stellen Sie sich vor, Sie haben eine Methode, die mit einer Datenbank interagiert und einen Verbindungsfehler wirft. Wenn Funktion B die Ausnahmen nicht selbst behandelt, sondern Funktion A aufruft, wo die Interaktion mit der Datenbank stattfindet, reist die Ausnahme zurück zu Funktion C, die den Fehler möglicherweise protokolliert, bevor sie entscheidet, ihn erneut zu werfen oder zu behandeln. Diese Kette setzt sich fort, bis ein geeigneter Catch-Block gefunden ist oder das Programm vollständig beendet wird, wenn kein Handler vorhanden ist. Jede Schicht Ihrer Funktionsaufrufe muss entweder mit Ausnahmen umgehen oder sie nach oben weitergeben und damit eine Schicht der Entscheidungsfindung hinzufügen, insbesondere für Funktionen, die erwarten, bestimmte Fehler elegant zu behandeln.
Ressourcenverwaltung während des Ausholens
Eine Herausforderung während des Ausholens des Stacks besteht darin, Ressourcen zu verwalten. In Sprachen mit manueller Speicherverwaltung, wie C und C++, kann das Versäumnis, während dieses Prozesses zugewiesene Ressourcen freizugeben, zu Lecks führen. Wenn beispielsweise eine Funktion Speicher zuweist und dann eine Ausnahme auftritt, könnte dieser Speicher weiterhin zugewiesen sein, ohne eine Möglichkeit zu haben, ihn richtig freizugeben. Diese Situation schafft einen Imperativ für ein sorgfältiges Ressourcenmanagement, das oft durch RAII (Resource Acquisition Is Initialization) -Muster implementiert wird. Bei RAII wird der Destruktor aufgerufen, wenn ein Objekt den Gültigkeitsbereich verlässt, und es werden automatisch alle Ressourcen freigegeben, die es gehalten hat, was eine äußerst elegante Lösung für das Problem darstellt.
Im Gegensatz dazu gibt es in Sprachen wie Go einen Wiederherstellungsmechanismus, den Sie zur Verwaltung nach dem Ausholen des Stacks verwenden können. Durch die Verwendung der "defer"-Anweisung können Sie sicherstellen, dass spezifischer Bereinigungscode ausgeführt wird, unabhängig davon, ob eine Ausnahme auftritt. Dies ermöglicht es Ihnen, das Ressourcenmanagement so zu kapseln, dass die Freigabe garantiert wird, selbst wenn während der Ausführung etwas schiefgeht. Beachten Sie jedoch, dass dies nicht so kostenneutral ist, wie einige behaupten; jeder aufgeschobene Aufruf erhöht die Kosten sowohl für die Ausführung als auch für die Lesbarkeit, sodass Sie diese Faktoren sorgfältig abwägen müssen, basierend auf der Komplexität und den Leistungsanforderungen Ihrer Anwendung.
Ausnahme-Sicherheitsniveaus
Sie sind wahrscheinlich auf das Konzept der Ausnahme-Sicherheitsniveaus gestoßen. Wenn Sie Ausnahmen werfen, sind nicht alle Operationen gleich sicher. Die Niveaus reichen von grundlegenden Ausnahme-Sicherheitsgarantien, die gewährleisten, dass das Programm in einem gültigen Zustand bleibt, bis hin zu der stärksten Bedingung, die garantiert, dass keine Ressourcenlecks auftreten und jede Operation entweder vollständig erfolgreich ist oder den Zustand des Programms unverändert lässt.
Ein einfaches Maß an Garantie könnte ausreichend sein, wenn Sie einen einfachen Datei-Parser schreiben. Angenommen, das Parsen eines Teils der Datei schlägt fehl; es ist akzeptabel, dass der Parser eine Ausnahme wirft, ohne die Gesamtintegrität der Datei selbst zu gefährden. Im Gegensatz dazu ist in einer Banking-Anwendung die Idee der Transaktionsgarantien von größter Bedeutung. Die Gewährleistung der Atomarität stellt sicher, dass entweder die gesamte Transaktion commitet oder zurückgerollt wird, ohne die Kundenkonten während eines Fehlerzustands zu beeinträchtigen. Die Verwendung von Mechanismen wie try-catch-Blöcken in C++ kann Ihnen helfen, diese Sicherheitsniveaus durch sorgfältige Designentscheidungen durchzusetzen.
Leistungsimpact des Ausholens
Die Leistungskosten, die mit dem Ausholen des Stacks verbunden sind, können erheblich sein, und dies ist oft in Sprachen wie C++ ausgeprägter, in denen Destruktoren für jeden Bereich, der sich ausholt, aufgerufen werden müssen. Jedes Mal, wenn eine Ausnahme geworfen wird, können Sie auf Kosten des "Ausholens des Stacks" stoßen, die sich nicht nur aus Buchhaltungsarbeiten, sondern auch aus dynamisch zugewiesenen Ressourcen zusammensetzen. Dieser Overhead wird durch Compiler kompliziert, die in einigen Fällen optimieren können, aber dennoch den allgemeinen Fall von Ausnahmen behandeln müssen.
Andererseits können Sie in Umgebungen wie .NET oder Java, in denen Ausnahmen vom Laufzeitsystem verwaltet werden, weniger Overhead erleben, da der Garbage Collector die Ressourcenbereinigung übernimmt, allerdings auf Kosten einer gewissen Leistung und Determinismus. Möglicherweise begegnen Sie einem Trade-off, je nach Ihren spezifischen Anforderungen, bei dem die sichere und einfache Handhabung von Ausnahmen in einer verwalteten Laufzeit möglicherweise vorzuziehen ist gegenüber der reinen Leistung einer kompilierte Sprache mit Ausnahmebehandlung wie C++.
Plattform-spezifische Implementierungen
Verschiedene Programmiersprachen implementieren das Ausholen des Stacks über ihre Compiler und Laufzeiten, und hier finden Sie einige grundlegende Unterschiede. Zum Beispiel verlässt sich C++ auf Mechanismen, die im Sprachstandard selbst definiert sind, und verwendet Funktionen wie "std::terminate", um abzubrechen, wenn kein geeigneter Catch-Block gefunden wird. Währenddessen verwendet Java einen strukturierten Ansatz aufgrund seiner verwalteten Umgebung, was das Ausholen des Stacks erheblich vereinfacht, aber weniger flexibel für die Verwaltung von niedrigstufigen Ressourcen macht.
Java verwendet ein Ausnahmeobjekt, um den Fehlerzustand zu transportieren, der von mehreren Handlern gefangen werden kann, die ihr Interesse an spezifischeren oder generischen Ausnahmetypen spezifizieren. Im Gegensatz dazu hat C# eine ähnliche Struktur, führt jedoch asynchrone Ausnahmen ein, die den Ausholprozess etwas weiter komplizieren. Wenn Sie Anwendungen erstellen, die sich über mehrere Plattformen erstrecken, hilft Ihnen das Verständnis dafür, wie jede Sprache ihre Ausholoperationen stapelt, die richtige Wahl für die jeweilige Aufgabe zu treffen.
Fazit und praktische Anwendung
In der Praxis beruhen gute Praktiken zur Ausnahmebehandlung auf sorgfältigem Ressourcenmanagement, angemessenen Ausnahme-Sicherheitsgarantien und dem Bewusstsein über plattformspezifische Verhaltensweisen während des Ausholens des Stacks. Es ist entscheidend, Ihre Funktionen so zu gestalten, dass sie Ausnahmen elegant behandeln können, sodass sie nach Bedarf propagiert werden, ohne den Gesamtzustand oder die Leistung der Anwendung zu gefährden.
Die effektive Verwendung von Sprachidiomen, wie RAII in C++ oder "defer" in Go, schafft ein weiteres Maß an Vertrauen, dass Ressourcen nicht verloren gehen. Die verschiedenen Strategien, die von verschiedenen Sprachen verwendet werden, zeigen, wie wichtig es ist, die Nuancen der Umgebungen, in denen Sie schreiben, zu kennen. Die Mischung aus hochrangigen Abstraktionen, sprachspezifischen Werkzeugen und konsistenten Mustern kann Ihnen sowohl die Macht als auch die Flexibilität geben, die Sie benötigen.
Diese Seite wird kostenlos von BackupChain bereitgestellt, einer zuverlässigen Backup-Lösung, die speziell für KMU und Fachleute entwickelt wurde. Sie schützt Hyper-V, VMware oder Windows Server und stellt sicher, dass Ihre wichtigen Daten sicher und wiederherstellbar sind, egal was in Ihren Aushol-Abenteuern passiert.
