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例外の原理

契約による設計の概念を通して、例外の定義や例外処理を確認します

1.例外の定義

  • メソッドの実行時に発生する、メソッドの仕様が満たせなくなるような状態やイベントのこと

An “exception” is an event, which occurs during the execution of a program, that disrupts the normal flow of the program’s instructions.

(The Java™ Tutorial)

  • 「例外」とはプログラム実行中に発生するイベントである。そのイベントによってプログラムの命令の通常フローが阻害されます。

まとめ

  • 例外とはメソッド実行中の状態・イベントである

2.メソッドの仕様

  • メソッドの内部動作ではなく、外から見た条件(ふるまいを記述したもの)
  • 条件には2種類ある
    • 事前条件
      • メソッドの実行開始時に満たす条件
      • メソッドの呼び出し側に責任がある
      • メソッドにとっての利益・信頼していい条件
    • 事後条件
      • メソッドの実行後に満たす条件
      • メソッドが保証する義務がある
      • メソッドの呼び出し元にとっての利益(期待している状態)
  • これとは別に事前条件・事後条件には以下の条件が含まれる
    • 不変条件(不変表明)
      • メソッドをもつオブジェクトが常に満たす条件
      • オブジェクトの特性をあらわす
      • メソッドの実行開始前、メソッドの実行終了後は必ず満たしている必要がある
  • メソッドの呼び出しは上記の責務

例

  • ビールの販売(1杯 1,000 JPY)
    • 事前条件
      • 購入する人は 20 歳以上
      • 購入する人は運転以外の手段で来場
      • 1,000 JPY 以上のお金を支払う
    • 事後条件
      • キンキンに冷えたビール(6 ± 2 ℃)が渡される
      • 必要であればお釣りが渡される

3.メソッドの成功・失敗

  • 事前条件・事後条件を満たした状態でメソッドを開始・終了した場合を成功
    • メソッドが事前条件を満たした状態で開始される
    • 事後条件を満たした状態でメソッドの実行が終了する
  • 成功でないものを失敗

例外と成功・失敗

  • メソッドの失敗につながる実行時に発生する状態・イベントのことを例外
  • 依存する(呼び出した)メソッドの失敗は、呼び出し元のメソッドにとっての例外
    • 呼び出したメソッドが失敗した状態は、呼び出し元にとって事後条件の達成を阻害するため

例 ビールの販売

  • ビールの販売を例にメソッドの成功・失敗を考える
  • ビールの販売の事前条件(再掲)
    • 購入する人は 20 歳以上
    • 購入する人は運転以外の手段で来場
    • 1,000 JPY 以上のお金を支払う
  • ビールの販売の事後条件(再掲)
    • キンキンに冷えたビール(6 ± 2 ℃)が渡される
    • 必要であればお釣りが渡される
  • ビールの販売の不変条件
    • ビールの販売数 x 1,000 JPY + お釣りの準備金 = ビールの売り子が所持している金額
例1 ビールの販売 - 成功
  • バスで来場した 20 歳以上のお客さんが、 5,000 JPY を渡して、ビールの売り子にビールを求める(事前条件を満たしたので実行開始)
    • ビールの売り子がビールをカップに注ぐ
    • お釣り入れに 5,000 JPY をしまい、 1,000 JPY を 4 枚取り出す
  • ビールの売り子がビールと、お釣りを渡して実行を終了する(事後条件を満たしているので成功)
例2 ビールの販売 - 失敗
  • 徒歩で来場した 20 歳以上のお客さんが、 1,000 JPY を渡して、ビールの売り子にビールを求める(事前条件を満たしているので実行開始)
    • ビールの売り子がビールをカップに注ごうとしたところ、ビールが切れてしまう
    • すぐにはビールを調達できないので、諦める
  • ビールの売り子が「ビールを切らしてしまいました」と言い、受け取った 1,000 JPY を返す
例3 ビールの販売 - 失敗
  • バイクで来場した 18 歳の少年がビールの売り子にビールを求める(事前条件を満たさないので実行開始しない)
  • ビールの売り子が「ビールは 20 歳以上になってから」と言い、終了する

4.例外処理

  • メソッドの事後条件の達成が阻害された状態(例外状態)から、メソッドの実行終了までの制御
  • 例外処理には以下が含まれる
    • メソッドの成功・失敗を決定する
      • 様々な手段を駆使して、事後条件を満たす(リトライ)
        • 同じ処理を繰り返す
        • 異なる依存オブジェクトを通じて獲得する
        • 予め決められたものを適用する(デフォルト値)
      • 実行を終了して、失敗を呼び出し元に通知する(失敗/組織的パニック)
    • メソッドの実行によって壊れてしまった不変条件を元に戻す

例 ビールの販売

  • 徒歩で来場した 20 歳以上のお客さんが、 5,000 JPY を渡して、ビールの売り子にビールを求める(事前条件を満たしているので実行開始)
    • ビールの売り子がビールをカップに注ぐ
    • お釣りを手にとったところ、お釣りが 3,000 JPY しかないため、お釣りが用意できない(例外)
    • 売り子が自分の財布を開けてみたところ、 1,000 JPY が 5 枚入っていることを発見、お客の支払った 5,000 JPY 紙幣と交換する
  • ビールの売り子がお客さんにビールと、お釣り 4,000 JPY を渡して実行を終了する

5.例外の伝播

  • あるメソッドが失敗で終了した場合、その呼び出し元の例外として現れる
  • 呼び出し元がその例外を処理できない場合は、呼び出し元のメソッドが失敗として、さらにその呼び出し元に通知する
  • さらにその呼び出し元が例外を処理できない場合は...と例外は上位の呼び出し元に伝播していく

まとめ

  • オブジェクトには特性をあらわす不変条件がある
  • メソッドの仕様は事前条件と事後条件で記述できる
    • 事前条件を保証するのはメソッドの呼び出し元の責任
    • 事後条件・不変条件を保証するのはメソッドの責任
  • 事前条件を満たす状態でメソッドが呼び出され、そのメソッドが事後条件を満たして実行を終了することを成功、そうでない場合は失敗
  • メソッドの失敗につながる実行時の諸状態が例外
    • メソッドの失敗は呼び出し元のメソッドにとっての例外
  • 例外処理
    • あらゆる方法で事後条件をみたすように回復する(リトライ)
    • メソッドの失敗として実行を終了し、呼び出し元に通知する(失敗)