💡해당 게시글은 방송통신대학교 이병래 교수님의 'C++ 프로그래밍' 강의를 개인 공부 목적으로 메모하였습니다.

학습 개요

프로그램이 동작하는 상황은 항상 정상적인 것은 아니며, 때로는 정상적인 동작을 할 수 없는 상황이 발생할 수 있음
이러한 경우를 고려하지 않고 프로그램을 작성하면 프로그램이 실행되는 동안 여러 가지 문제가 발생하여 비정상적인 에러가 발생하게 됨
그러므로 프로그램을 설계할 때는 정상적이지 않은 상황이 발생하는 것을 고려하여 이에 적절히 대처할 수 있도록 대비하는 것이 필요함
이러한 처리를 예외 처리라고 하며 C++에서는 예외를 처리하기 위한 문장과 클래스를 제공함

학습 목표

예외의 개념을 설명할 수 있음
C++ 언어의 예외 처리 체계를 설명할 수 있음
예외 처리를 위한 구문을 사용하여 정상적이지 않은 상황에 대처할 수 있는 프로그램을 작성할 수 있음
예외 처리를 클래스를 이용하여 다양한 상황에 대한 예외의 발생 및 관련 데이터를 전달할 수 있는 프로그램을 작성할 수 있음

주요 용어

예외(exception)
- 프로그램이 실행되는 도중에 발생할 수 있는 비정상적인 상황
예외 처리(exception handling)
- 프로그램 실행 중 예외가 발생하였을 때를 대비하여 마련해 놓은 처리 절차에 따라 대응하는 것
활성화 레코드(activation record)
- 함수가 호출되었을 때 복귀할 지점, 매개 변수, 지역 변수 등을 저장하는 데이터 집합
스마트 포인터(smart pointer)
- 자동적인 메모리 관리 기능 등이 추가된 포인터를 구현하는 추상 데이터 타입
예외 처리 클래스
- 예외 상황 발생 및 이에 대한 구체적 원인 등을 예외 처리 블록에 전달하기 위한 목적으로 선언한 클래스

강의록

예외의 개념

예외

예외(exception)란?
- 프로그램 실행 도중에 발생할 수 있는 비정상적인 사건
  - 비정상적인 데이터, 자원의 부족 등
- 예외 상황에 대한 적절한 대비를 하지 않으면 프로그램이 안정적으로 실행되지 않는 문제가 일어날 수 있음
예외 처리(exception handling)
- 프로그램 실행 중 예외가 발생하였을 때를 대비하여 마련해 놓은 처리 절차에 따라 대응하는 것

예외가 발생하는 상황의 예

정상적인 처리를 할 수 없는 데이터

기본 코드

  
  double hmean(double a, double b) // 조화평균
  {
    return 2.0 * a * b / (a + b);
  }

a == -b인 경우 실행 중 프로그램 비정상 종료

exit()사용

  
  double hmean(double a, double b) // 조화평균
  {
    if (a == -b)
    {
      cout << "나누기를 할 수 없습니다." << endl;
      exit(EXIT_FAILURE); // 프로그램 강제 종료
    }
    return 2.0 * a * b / (a + b);
  }

a == -b인 경우 이를 알리고, 프로그램 강제 종료

프로그램이 요청하는 자원을 할당할 수 없는 경우
- new(nothrow)사용
  1 2 3 4 void f() { int *p = new(nothrow) int[100000000]; // 할당된 메모리의 활용 }
  - 메모리 할당에 실패한 경우 실행 중 에러가 발생하여 프로그램이 비정상적으로 종료함
- new(nothrow)를 이용한 메모리 할당 오류 검사
  1 2 3 4 5 6 7 void f() { int *p = new(nothrow) int[100000000]; if (!p) { // p가 nullptr이면 cerr << "메모리 할당 오류" << endl; exit(EXIT_FAILURE); } }
  - 메모리 할당이 이루어지지 않은 경우 new(nothrow)는 nullptr를 반환하므로, 이를 이용하여 메모리 할당 오류를 검사함

C++ 언어의 예외 처리 체계

C++ 언어의 예외 처리 구문

try블록, catch블록, 그리고 throw문장으로 구성

예외를 처리하는 함수

  
  RetType1 someFunction()
  {
    try {
      // 예외가 발생할 수 있는 부분
      someDangerousFunction();
    }
    catch (eClass e) {
      // 발생한 예외를 처리하는 부분
      exceptionProcRtn();
    }
    
  }

예외를 던지는 함수

  
  RetType2 someDangerousFunction()
  {
    if (예외검출조건)
      throw eObj; // 예외 발생을 알림
    else
        // 정상적인 처리
  }

예외 처리의 예 - HMean.cpp

HMean.cpp

  
  #include <iostream>
  using namespace std;
    
  double hmean(double a, double b) // 조화평균
  {
    if (a == -b) // 예외 검출
      throw "조화평균을 계산할 수 없습니다!";
    return 2.0 * a * b / (a + b);
  }
    
  int main()
  {
    double x, y, z;
    char cFlag = 'y';
    while (cFlag != 'n')
    {
      cout << "\\n두 수를 입력하시오 : ";
      cin >> x >> y;
      try { // 예외 발생 가능성이 있는 코드
        z = hmean(x, y);
        cout << "조화평균 = " << z << endl;
      }
      catch (const char* s) { // 예외 처리
        cout << s << endl;
      }
      cout << "계속 할까요? (y/n) : ";
      cin >> cFlag;
    }
    return 0;
  }

예외 유형 별 처리

하나의 try블록에 여러 개의 catch블록 사용

  
  try {
    // 예외가 발생할 가능성이 있는 함수 호출
  }
  // throw된 객체의 자료형에 맞는 매개변수가 선언된 catch 블록에서 예외 처리함
  catch (eClass1 e) {
    // 예외 처리 블록1
  }
  catch (eClass2 e) {
    // 예외 처리 블록2
  }
  catch (...) {
    // 그 외의 모든 예외 처리
  }
  // 다음 문장

제어의 전달

정상적인 제어의 흐름
- 정상적인 호출 및 복귀 절차에 따라 실행됨
예외가 발생한 경우 제어의 흐름
- 발생된 예외를 처리하기 위한 catch블록으로 함수 호출 스택을 따라 이동

예외 처리에 따른 자원 관리 문제

자원 소실이 가능한 상황

  
  void f()
  {
    int *p = new int[1000];
    for (int i = 0; i < 1000; i++)
      p[i] = i;
    
    if (ex_condition)
      throw "exception";
    
    delete[] p; // throw 명령이 실행되면 나머지 문장들은 실행되지 않음
  }

예외를 처리할 catch블록으로 복귀할 때 f()가 호출될 때까지 거쳐온 함수들의 지역 변수들은 정상적인 소멸 과정을 거침

스마트 포인터의 활용
- unique_ptr
  - 할당된 메모리를 한 개의 포인터만 가리킬 수 있음
  - 다른 unique_ptr에 대입할 수 없으며, 이동 대입만 할 수 있음
  - unique_ptr가 제거되거나 nullptr를 대입하면 가리키고 있던 메모리를 반납함
- shared_ptr
  - 할당된 메모리를 여러 개의 포인터로 가리킬 수 있음
  - 다른 shared_ptr에 대입 및 이동 대입 가능
  - 포인터가 제거되거나 nullptr를 대입하는 등의 처리로 그 메모리를 가리키는 shared_ptr이 더 이상 없으면 메모리를 반납함

스마트 포인터의 활용 예

  
  #include <iostream>
  #include <memory>
  using namespace std;
    
  int main()
  {
    unique_ptr<int> p1{ new int };
    unique_ptr<int> p2;
    *p1 = 10;
    cout << *p1 << endl;
    p2 = move(p1); // p2 = p1;은 불가
    cout << *p2 << endl;
    p2 = nullptr; // 가리키고 있던 메모리는 해제됨
    return 0;
  }

예외 처리로 인한 자원 소실 방지

unique_ptr활용

  
  #include <memory>
  void f()
  {
    std::unique_ptr<int[]> p { new int[1000] };
    for (int i = 0; i < 1000; i++)
      p[i] = i;
        
    if (ex_condition)
      throw "exception";
        
  }

vector활용

  
  #include <vector>
  void f()
  {
    std::vector<int> p(1000);
    for (int i = 0; i < 1000; i++)
      p[i] = i;
        
    if (ex_condition)
      throw "exception";
        
  }

`noexcept`지정자

noexcept함수 지정

함수가 예외를 일으키지 않음을 지정

  
  template <typename T>
  T max(const vector<T>& v) noexcept {
    auto p = v.begin();
    T m = *p;
    for (; p != v.end(); p++)
      if (m < *p) m = *p;
    return m;
  }

예외 처리 클래스

클래스에서 예외 처리 활용하기

예외 처리 클래스의 활용
- 클래스 설계 시 예외 처리 기능을 포함 시킴으로써 객체에서 예외가 발생하였을 때 그 위치나 원인 등의 식별을 용이하게 할 수 있음
- 클래스 선언문 내에 예외 처리 담당 클래스를 선언하여 활용함

클래스의 예외 처리 활용 예 - IntArray1.h

클래스 정의

  
  const int DefaultSize = 10;
  class Array {
    int *buf;
    int size;
  public:
    Array(int s = DefaultSize);
    virtual ~Array() { delete[] buf; }
    int& operator[](/assets/img/knou/cpp/2025-07-02-knou-cpp-15/int offset);
    const int& operator[](/assets/img/knou/cpp/2025-07-02-knou-cpp-15/int offset) const;
    int getsize() const { return size; }
    friend ostream& operator<<(ostream&, Array&);
    class BadIndex {}; // exception class
  };

클래스의 예외 처리 활용 예 - IntArray1.cpp

생성자 및 operator[]구현

  
  #include "IntArray1.h"
  using namespace std;
    
  Array::Array(int s) : size(s)
  {
    buf = new int[s];
    memset(buf, 0, sizeof(int) * s);
  }
    
  int& Array::operator[](/assets/img/knou/cpp/2025-07-02-knou-cpp-15/int offset)
  {
    if (offset < 0 || offset >= size) // 예외조건 검사
      throw BadIndex(); // 예외객체 생성 및 전달
    return buf[offset];
  }

클래스의 예외 처리 활용 예 - IA1Main.cpp

메인 함수 및 예외 처리

  
  #include <iostream>
  #include "IntArray1.h"
  using namespace std;
    
  int main()
  {
    Array arr(10);
    try {
      for (int i = 0; i < 10; i++)
        arr[i] = i;
      // arr[10] = 10; // 인덱스 범위를 벗어나는 접근
    }
    catch (Array::BadIndex e) {
      cerr << "인덱스 범위 오류" << endl;
    }
    cout << arr << endl;
    return 0;
  }

예외 객체의 멤버를 통한 예외 정보 전달

IntArray1.h

  
  class Array {
  public:
    
    class BadIndex {
    public:
      int wrongIndex;
      BadIndex(int n) : wrongIndex(n) {}
    };
  };

IntArray1.cpp

  
  int& Array::operator[](/assets/img/knou/cpp/2025-07-02-knou-cpp-15/int offset) {
    if (offset < 0 || offset >= size)
      throw BadIndex(offset);
    return buf[offset];
  }

IA1Main.cpp

  
  int main()
  {
    // Array 객체 사용
    // 
    try {
        // 
    }
    catch (Array::BadIndex e) {
        cout << "인덱스 범위 오류 --> "
             << e.wrongIndex << endl;
    }
    // 
  }
    

`exception`클래스

exception클래스
- C++ 언어에서 예외를 처리하기 위해 예외 처리 담당 클래스의 기초 클래스를 제공하는 클래스
- 헤더 파일 <exception>을 소스 파일에 포함 시킴
- 가상 함수 what()을 멤버 함수로 가지고 있음
  - 예외의 종류를 char*형태로 반환함
  - exception의 파생 클래스에서 재 정의하여 사용함

IntArray1.h 수정

  
  #include <exception>
    
  class Array {
    
  public:
    
    class BadIndex : public exception {
    public:
      int wrongIndex;
      BadIndex(int n) : wrongIndex(n), exception() {}
      const char* what() const {
        return "Array Exception::";
      }
    };
  };

예외 객체의 다시 던지기

catch블록에서 처리를 완결 할 수 없는 예외의 전달
- 현 단계의 catch블록에서 처리를 완결할 수 없는 예외에 대한 후속 처리를 할 수 있게 예외 객체를 다시 throw할 수 있음

  
class ExceptionClass
:public exception {

};

int f(int a) {
  if (a < 0)
    throw ExceptionClass();
}

  
int g(int x) {
  try {
    f(x);

  }
  catch (ExceptionClass e) {
    // 현 단계의 예외 처리
    throw; // 예외 객체를 다시 던지기
  }
}

  
int h(int c) {
  try {
    g(c);

  }
  catch (ExceptionClass e) {
    throw; // 후속 예외 처리
  }
}

연습 문제

위 지문과 같이 함수가 정의되어 있다. condition이 false일 경우 함수 f()에 의해 출력되는 내용은?

  
 class eCls { };
    
 void g()
 {
   if (condition)
     throw 10;
   else
     throw eCls();
 }

  
 void f()
 {
   try {
     g();
   }
   catch (char* s)
   {
     cout << "예외1 발생";
   }
   catch (int e)
   {
     cout << "예외2 발생";
   }
   catch (...)
   {
     cout << "예외3 발생";
   }
 }

a. 예외3 발생

condition이 false이면 함수 g()는 eCls 객체를 전달함
함수 f()의 catch블록은 char*, int, 그외의 모든 예외 객체(‘…‘으로 표기함)에 대해 정의되어 있으며, eCls 객체는 char*도 아니고 int도 아니므로 catch (...)에 의해 처리 됨

다음 중 프로그램 실행 중 예외 발생하였음을 알리기 위해 사용하는 명령은?
a. throw
- 예외가 발생할 가능성이 있는 곳에서는 이를 검사하여 예외 상황에 해당되는 경우 throw명령으로 예외 객체를 던짐
- 이렇게 발생한 예외를 처리하는 구문은 try블록과 catch블록으로 구성함
- try블록에는 예외가 발생할 가능성이 있는 처리를 하는 부분이며, 만일 예외 상황에 해당되는 경우 throw명령으로 예외 객체를 던짐
- 이 예외는 catch블록에서 선택적으로 받아 예외의 종류에 맞는 처리를 함
함수를 선언할 때 noexcept를 지정하는 것은 어떤 의미인가?
a. 그 함수가 예외를 일으키지 않음을 지정함
- noexcept는 함수가 예외를 발생 시키지 않는다는 것을 지정하기 위한 키워드임
- 이것은 예외가 발생되지 않을 것이 확실한 경우 컴파일러가 예외 처리 시퀀스를 고려할 필요가 없음을 알림으로써 컴파일러가 최적화를 하는 데 도움을 줌

위 지문 함수 f()의 실행에 대한 설명으로 옳은 것은?

  
 class A {
    
 };
    
 void f( )
 {
    int *p = new int[100];
    A objA;
    
    if (ex_condition)
     throw "exception";
          
     delete[ ] p;
    
 }

a. ex_condition이 참일 경우 할당된 메모리가 소실되는 문제가 있다.

ex_condition이 참이면 throw명령을 실행하게 되되, 이때 함수의 나머지 명령은 실행하지 않음
따라서 new연산자로 동적으로 할당되어 p가 가리키고 있는 메모리에 대한 delete연산이 실행되지 않으며, 결과적으로 할당된 메모리를 어느 것도 가리키고 있지 않아 메모리 소실이 일어남
그러나 throw명령으로 함수에서 나가는 경우에도 지역 변수는 제거되며, 이 과정에서 객체의 소멸자가 동작함

정리 하기

예외란 프로그램이 실행되는 도중에 발생할 수 있는 비정상적인 사건을 의미함
try블록은 예외가 발생할 가능성이 있는 문장을 포함함
catch블록은 throw명령을 통해 전달 된 예외 객체의 유형에 따라 적절한 예외 처리를 하는 문장을 포함함
예외 상황이 발생되면 throw명령으로 이를 알림
클래스 내에 예외 처리 담당 클래스를 선언하여 발생한 예외의 위치나 원인을 식별하게 할 수 있음
exception클래스는 예외 처리 담당 클래스의 기초 클래스로서, 예외의 종류를 char*형태로 반환하는 가상함수 what()을 포함함

[C++ 프로그래밍] 15강 - 예외 처리