C#: 例外処理

Q: throw; と throw ex; の違いは何ですか？

throw; は元のスタックトレースを保持し、 throw ex; はスタックを現在のメソッドにリセットします。 デバッグ時には throw; を使用してください。

Q: finally ブロックはどのような場合に実行されないのですか？

プログラムが強制終了された場合（例： Environment.FailFast ）や、 StackOverflowException が発生した場合、 finally は実行されないことがあります。

Q: カスタム例外クラスは Exception を継承する必要がありますか？

はい、すべての例外クラスは、 catch によってキャッチされるためには、 Exception を（直接または間接的に）継承する必要があります。

Q: 例外フィルター when の利点は何ですか？

when 句は、条件に一致しない場合、例外をキャッチせず、例外の伝播を継続させます。 これは、 catch 内で条件をチェックするよりも効率的であり、意味的にも明確です。

1. try/catch/finally の基本的な仕組み

C# では、try、catch、finally の 3 つのキーワードを使用して、例外処理メカニズムを構築します。例外をスローする可能性のあるコードは try ブロック内に記述され、catch ブロックが例外をキャッチして処理し、finally ブロックは例外の発生の有無にかかわらず常に実行され、一般的にリソースのクリーンアップに使用されます。

CSHARP

try
{
    int result = 10 / 0;
}
catch (DivideByZeroException ex)
{
    Console.WriteLine($"Caught exception: {ex.Message}");
}
finally
{
    Console.WriteLine("finally block always executes");
}

TEXT 📖 参照専用

Caught exception: Attempted to divide by zero.
finally block always executes

(1) 複数のキャッチブロック

さまざまな種類の例外を順番にキャッチすることができます。より具体的な例外の種類は、より一般的な例外の種類よりも前に配置する必要があります。

CSHARP

try
{
    int[] arr = { 1, 2, 3 };
    Console.WriteLine(arr[10]);
}
catch (IndexOutOfRangeException ex)
{
    Console.WriteLine($"Index out of bounds: {ex.Message}");
}
catch (Exception ex)
{
    Console.WriteLine($"General exception: {ex.Message}");
}

TEXT 📖 参照専用

Index out of bounds: Index was outside the bounds of the array.

2. 一般的な例外の種類

例外の種類	発生シナリオ
`FormatException`	文字列の形式が不正です（例：`int.Parse("abc")`）
`NullReferenceException`	`null` オブジェクトのメンバへのアクセス
`IndexOutOfRangeException`	配列のインデックスが範囲外です
`DivideByZeroException`	整数をゼロで割る
`OverflowException`	算術オーバーフロー（チェック対象のコンテキスト内）
`FileNotFoundException`	ファイルが存在しません
`ArgumentException`	メソッドの引数が無効です

▶ サンプル

CSHARP

try
{
    int num = int.Parse("hello");
}
catch (FormatException)
{
    Console.WriteLine("Format exception: string cannot be converted to integer");
}

string s = null;
try
{
    Console.WriteLine(s.Length);
}
catch (NullReferenceException)
{
    Console.WriteLine("Null reference exception: object is null");
}

▶ 試してみよう

TEXT 📖 参照専用

Format exception: string cannot be converted to integer
Null reference exception: object is null

3. 例外クラスの階層構造

すべての例外クラスの継承関係は次のとおりです。

TEXT 📖 参照専用

Object
  └─ Exception
       └─ SystemException
            ├─ FormatException
            ├─ NullReferenceException
            ├─ IndexOutOfRangeException
            ├─ DivideByZeroException
            ├─ OverflowException
            ├─ FileNotFoundException
            └─ ArgumentException
                 └─ ArgumentNullException

4. 例外クラスのプロパティ

Exception クラスには、詳細な例外情報を取得するために、以下のよく使われるプロパティが用意されています：

プロパティ	説明
`Message`	例外を説明する人間が読みやすいテキスト
`StackTrace`	例外が発生した時点のコールスタック情報
`InnerException`	現在の例外を引き起こした内部例外
`Source`	例外をスローしたアプリケーションまたはオブジェクトの名前
`TargetSite`	例外をスローしたメソッド

▶ サンプル

CSHARP

try
{
    int zero = 0;
    int result = 100 / zero;
}
catch (Exception ex)
{
    Console.WriteLine($"Message: {ex.Message}");
    Console.WriteLine($"Source: {ex.Source}");
    Console.WriteLine($"TargetSite: {ex.TargetSite}");
}

▶ 試してみよう

TEXT 📖 参照専用

Message: Attempted to divide by zero.
Source: ConsoleApp
TargetSite: Void Main()

5. `throw` を使った例外の投げ方

throw キーワードを使用すると、例外を能動的にスローできます。再スローを行う場合、throw; は元のスタックトレースを保持しますが、throw ex; はスタックをリセットします。後者の使用は避けてください。

▶ サンプル

CSHARP

void CheckAge(int age)
{
    if (age < 0)
    {
        throw new ArgumentException("Age cannot be negative", nameof(age));
    }
    Console.WriteLine($"Age: {age}");
}

try
{
    CheckAge(-5);
}
catch (ArgumentException ex)
{
    Console.WriteLine(ex.Message);
}

▶ 試してみよう

TEXT 📖 参照専用

Age cannot be negative (Parameter 'age')

(1) `throw` と `throw ex` の違い

CSHARP

void InnerMethod()
{
    throw new InvalidOperationException("Internal error");
}

void OuterMethod()
{
    try
    {
        InnerMethod();
    }
    catch (Exception ex)
    {
        throw;
    }
}

try
{
    OuterMethod();
}
catch (Exception ex)
{
    Console.WriteLine(ex.StackTrace);
}

TEXT 📖 参照専用

   at InnerMethod() in Program.cs:line 2
   at OuterMethod() in Program.cs:line 10

💡 ヒント： 例外を再スローする際は、常に throw; を使用してください。これにより、呼び出しスタックが完全に保持されるため、根本原因の特定が容易になります。一方、throw ex; を使用すると、スタックが現在のメソッドまで切り詰められ、元の例外の発生位置情報が失われてしまいます。

6. 例外フィルター

C# 6 では、when 句による例外フィルターが導入され、catch に条件を追加できるようになりました。この例外は、その条件の評価結果が true である場合にのみ捕捉されます。

▶ サンプル

CSHARP

try
{
    throw new HttpRequestException("Network timeout, please retry later");
}
catch (HttpRequestException ex) when (ex.Message.Contains("timeout"))
{
    Console.WriteLine("Caught timeout exception, preparing to retry");
}
catch (HttpRequestException ex)
{
    Console.WriteLine($"Other network exception: {ex.Message}");
}

▶ 試してみよう

TEXT 📖 参照専用

Caught timeout exception, preparing to retry

7. カスタム例外クラス

Exception を継承して、カスタム例外クラスを作成します。通常、3つのコンストラクタを実装する必要があります。すなわち、引数なしのコンストラクタ、メッセージ引数を持つコンストラクタ、およびメッセージと内部例外の両方の引数を持つコンストラクタです。

▶ サンプル

CSHARP 📖 参照専用

class InsufficientBalanceException : Exception
{
    public decimal Balance { get; }
    public decimal Amount { get; }

    public InsufficientBalanceException()
        : base("Insufficient balance") { }

    public InsufficientBalanceException(string message)
        : base(message) { }

    public InsufficientBalanceException(string message, Exception innerException)
        : base(message, innerException) { }

    public InsufficientBalanceException(decimal balance, decimal amount)
        : base($"Insufficient balance: current balance {balance}, required {amount}")
    {
        Balance = balance;
        Amount = amount;
    }
}

class BankAccount
{
    public decimal Balance { get; private set; }

    public BankAccount(decimal balance)
    {
        Balance = balance;
    }

    public void Withdraw(decimal amount)
    {
        if (amount > Balance)
        {
            throw new InsufficientBalanceException(Balance, amount);
        }
        Balance -= amount;
        Console.WriteLine($"Withdrawal successful, balance: {Balance}");
    }
}

var account = new BankAccount(100);
try
{
    account.Withdraw(200);
}
catch (InsufficientBalanceException ex)
{
    Console.WriteLine(ex.Message);
    Console.WriteLine($"Balance: {ex.Balance}, attempted withdrawal: {ex.Amount}");
}

論理コード 44 行（40 行制限超過、参照専用）

TEXT 📖 参照専用

Insufficient balance: current balance 100, required 200
Balance: 100, attempted withdrawal: 200

8. 例外処理のベストプラクティス

(1) 単なる「例外」ではなく、特定の例外を捕捉する

CSHARP

try
{
    int value = int.Parse(input);
    Console.WriteLine(100 / value);
}
catch (FormatException)
{
    Console.WriteLine("Input is not a valid integer");
}
catch (DivideByZeroException)
{
    Console.WriteLine("Cannot input zero");
}

⚠️ 注意： 例外を隠蔽するために空の catch ブロックを使用しないでください。これにより、問題の特定が困難になります。

(2) 例外をスワローしない

CSHARP

try
{
    File.WriteAllText("data.txt", content);
}
catch (Exception)
{
}

▶ 試してみよう

上記のコードはすべてのエラーを隠蔽しており、良い慣行とは言えません。少なくとも、エラーをログに記録するか、再スローすべきです。

(3) `finally` を使ってリソースを解放する

CSHARP

FileStream fs = null;
try
{
    fs = new FileStream("data.txt", FileMode.Open);
    int b = fs.ReadByte();
}
finally
{
    fs?.Dispose();
}

(4) try-finally の代わりに using ステートメントを使用する

IDisposable インターフェースを実装するリソースは、using ステートメントを優先して使用すべきです。このステートメントは、スコープの終了時に自動的に Dispose を呼び出し、例外が発生した場合でもリソースの解放を確実に実行します。

CSHARP

using (var fs = new FileStream("data.txt", FileMode.Open))
{
    int b = fs.ReadByte();
}

📌 要点： using ステートメントは、try-finally に Dispose() の呼び出しを加えたものと同等であり、リソース管理において推奨されるアプローチです。

(5) 例外を InnerException でラップする

CSHARP

try
{
    SaveToFile();
}
catch (IOException ioEx)
{
    throw new ApplicationException("Failed to save data", ioEx);
}

▶ 試してみよう

InnerException を使用することで、コンテキストを損なうことなく、元の例外情報が保持されます。

❓ よくある質問

Q throw; と throw ex; の違いは何ですか？

A throw; は元のスタックトレースを保持し、throw ex; はスタックを現在のメソッドにリセットします。デバッグ時には throw; を使用してください。

Q finally ブロックはどのような場合に実行されないのですか？

A プログラムが強制終了された場合（例：Environment.FailFast）や、StackOverflowException が発生した場合、finally は実行されないことがあります。

Q catch なしで try-finally を使用することはできますか？

A はい。この方法では例外は処理されませんが、リソースのクリーンアップは確実に行われます。例外は引き続き上位へ伝播します。

Q カスタム例外クラスは Exception を継承する必要がありますか？

A はい、すべての例外クラスは、catch によってキャッチされるためには、Exception を（直接または間接的に）継承する必要があります。

Q 例外フィルター when の利点は何ですか？

A when 句は、条件に一致しない場合、例外をキャッチせず、例外の伝播を継続させます。これは、catch 内で条件をチェックするよりも効率的であり、意味的にも明確です。

📖 まとめ

try ブロックはエラーが発生する可能性のあるコードを囲み、catch は例外を捕捉し、finally は常に実行されます
一般的な例外タイプには、FormatException、NullReferenceException、IndexOutOfRangeException、DivideByZeroException などがあります。
Exception クラスは、Message、StackTrace、InnerException などのプロパティを提供します
throw; はスタックを保持し、throw ex; はスタックをリセットします。前者を使用してください。
カスタム例外クラスは Exception を継承し、標準のコンストラクタを実装する
例外フィルター catch ... when (...) は、条件付きキャプチャ機能を提供します
例外をスワローせず、特定の型をキャッチし、リソース管理にはusingを使用し、例外はInnerExceptionでラップする

📝 練習問題

try-catch を使用して FormatException を処理し、0 を返すメソッド int SafeParse(string s) を作成してください。また、解析に失敗した場合は警告を出力するようにしてください。
成績が0～100の範囲外の場合にスローされる、InvalidGradeExceptionというプロパティを持つカスタム例外InvalidGradeExceptionを作成する
throw; と throw ex; の違いを示すコードを記述し、両方の StackTrace の値を出力して、その違いを確認する
例外フィルター when を使用して、ファイルパスが "config" で始まる場合にのみ FileNotFoundException をキャッチし、それ以外の場合は例外を伝播させるように実装する
using ステートメントを使用して StreamReader が適切に解放されるようにし、発生しうる FileNotFoundException および IOException に対処するファイル読み取りメソッドを作成してください。

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C#: 例外処理

1. try/catch/finally の基本的な仕組み

(1) 複数のキャッチブロック

2. 一般的な例外の種類

▶ サンプル

3. 例外クラスの階層構造

4. 例外クラスのプロパティ

▶ サンプル

5. throw を使った例外の投げ方

▶ サンプル

(1) throw と throw ex の違い

6. 例外フィルター

▶ サンプル

7. カスタム例外クラス

▶ サンプル

8. 例外処理のベストプラクティス

(1) 単なる「例外」ではなく、特定の例外を捕捉する

(2) 例外をスワローしない

(3) finally を使ってリソースを解放する

(4) try-finally の代わりに using ステートメントを使用する

(5) 例外を InnerException でラップする

❓ よくある質問

📖 まとめ

📝 練習問題

5. `throw` を使った例外の投げ方

(1) `throw` と `throw ex` の違い

(3) `finally` を使ってリソースを解放する