Программирование

Большинство реальных программ работает с наборами данных. Иначе говоря, они используют разнообразные таблицы, списки и другие структуры данных. В контексте языка С++ наборы данных часто называют контейнерами (containers). Наиболее часто используемым контейнером стандартной библиотеки является тип vector, введенный в разделе 4.6.

Объект типа vector хранит определенное количество элементов, которое можно узнать с помощью его функции-члена size(). Что произойдет, если мы попытаемся использовать элемент с индексом, не принадлежащим допустимому диапазону [0:v.size()]? Обычное обозначение [low:high] означает, что индексы могут принимать значения от low до high-1, т.е. включая нижнюю границу, но исключая верхнюю.

Прежде чем ответить на этот вопрос, необходимо ответить на другой: “Как это может быть?” Помимо всего прочего, известно, что индекс вектора v должен лежать в диапазоне [0:v.size()], поэтому достаточно просто убедиться в этом!

Легко сказать, но трудно сделать. Рассмотрим следующую вполне разумную программу:

vector v; // вектор целых чисел

int i;

while (cin>>i) v.push_back(i);    // вводим значения в контейнер

for (int i = 0; i<=v.size(); ++i) // печатаем значения

  cout << "v[" << i <<"] == " << v[i] << endl;

Видите ошибку? Попытайтесь найти ее, прежде чем двигаться дальше. Эта довольно типичная ошибка. Мы часто ее делаем, особенно если программируем поздно ночью, когда устали. Ошибки, как правило, являются результатом спешки или усталости.

Мы использовали 0 и size(), чтобы попытаться гарантировать, что индекс i всегда будет находиться в допустимом диапазоне, когда мы обратимся к элементу v[i]. К сожалению, мы сделали ошибку. Посмотрите на цикл for: условие его завершения сформулировано как i<=v.size(), в то время как правильно было бы написать i. В результате, прочитав пять чисел, мы попытаемся вывести шесть. Мы попытаемся обратиться к элементу v[5], индекс которого ссылается за пределы вектора. Эта разновидность ошибок настолько широко известна, что даже получила несколько названий: ошибка занижения или завышения на единицу (off-by-obe error), ошибка диапазона (range error), так как индекс не принадлежит допустимому диапазону вектора, и ошибка пределов (bounds error), поскольку индекс выходит за пределы вектора.

Эту ошибку можно спровоцировать намного проще.

vector v(5);

int x = v[5];

Однако мы сомневаемся, что вы признаете такой пример реалистичным и заслуживающим внимания. Итак, что же произойдет на самом деле, если мы сделаем ошибку диапазона? Операция доступа по индексу в классе vector знает размер вектора, поэтому может проверить его (и действительно, делает это; см. разделы 4.6 и 19.4). Если проверка заканчивается неудачей, то операция доступа по индексу генерирует исключение типа out_of_range. Итак, если бы ошибочный код, приведенный выше, являлся частью какой-то программы, перехватывающей исключения, то мы получили бы соответствующее сообщение об ошибке.

int main()

try {

  vector v; // вектор целых чисел

  int x;

  while (cin>>x) v.push_back(x);    // записываем значения

  for (int i = 0; i<=v.size(); ++i) // выводим значения

    cout << "v[" << i <<"] == " << v[i] << endl;

} catch (out_of_range) {

    cerr << "Ой! Ошибка диапазона \n";

    return 1;

  } catch (...) { // перехват всех других исключений

   cerr << "Исключение: что-то не так \n";

   return 2;

}

Обратите внимание на то, что ошибка диапазона на самом деле является частным случаем ошибки, связанной с аргументами, которую мы обсудили в разделе 5.5.2. Не доверяя себе, мы поручили проверку диапазона индексов вектора самой операции доступа по индексу. По очевидным причинам оператор доступа по индексу (vector::operator[]) сообщает об ошибке, генерируя исключение. Что еще может произойти? Оператор доступа по индексу не имеет представления о том, что бы мы хотели в этой ситуации делать. Автор класса vector даже не знает, частью какой программы может стать его код.