Ausnahmebehandlung
# Ausnahmebehandlung

Eine Ausnahme oder Ausnahmesituation (englisch exception oder Trap) bezeichnet in der Computertechnik ein Verfahren, Informationen über bestimmte Programmzustände – meistens Fehlerzustände – an andere Programmebenen zur Weiterbehandlung weiterzureichen.

Kann in einem Programm beispielsweise einer Speicheranforderung nicht stattgegeben werden, wird eine Speicheranforderungsausnahme ausgelöst. Ein Computerprogramm kann zur Behandlung dieses Problems dafür definierte Algorithmen abarbeiten, die den Fehler beheben oder anzeigen.

Exceptions haben in weiten Teilen die Behandlung von Fehlern mittels Fehlercodes oder Sprunganweisungen abgelöst und stellen im technischen Sinne einen zweiten, optionalen Rückgabewert einer Methode / Funktion dar.

## Strukturierte Ausnahmebehandlung

Die größte Rolle in der Programmierung spielt dabei die strukturierte Ausnahmebehandlung (englisch structured exception handling, kurz SEH), eine Technik, die den Code zur Ausnahmebehandlung vom normalen Anwendungscode getrennt hält. Anstatt beispielsweise bei jedem Funktionsaufruf einen Rückgabewert, der den Erfolg anzeigt, zu prüfen und darauf zu reagieren, kann man die betreffende Funktion in Ausnahmesituationen eine Ausnahme auslösen lassen, die alle für die Problemerkennung und -behandlung erforderlichen Informationen in sich trägt.

Da die verursachende Funktion (oder die Funktion, die das Problem feststellt) in ihrem Kontext den Fehler möglicherweise nicht angemessen behandeln kann, wird die Exception so lange an aufrufende Funktionen zurückgereicht, bis schließlich eine die Exception „fängt“. Sinnvollerweise wird die Behandlung der Exception an einer Stelle im Code vorgenommen, in der die Konsequenzen dieser Ausnahme abzusehen sind, und eine entsprechende Reaktion sinnvoll zu implementieren ist (zum Beispiel Wiederholen der Benutzereingabe, Programmabbruch). Darüber hinaus sind Codeabschnitte zwischen Auftreten und Behandlung der Ausnahme im besten Falle frei von Fehlerbehandlungsroutinen.

Ein weiterer Vorteil der Ausnahmen gegenüber herkömmlichen Fehlercodes besteht darin, dass eine Exception nicht ignoriert werden kann. Ein Programmierer könnte vergessen, einen Rückgabewert zu prüfen, eine Exception jedoch wird immer weiter zurückgereicht – im Extremfall so lange, bis sie in der programmstartenden Funktion ankommt und somit unter Umständen den Programmfluss radikal unterbricht.

Fast alle neueren Programmiersprachen unterstützen die Ausnahmebehandlung, zum Beispiel Java, C++, C#, Python und Visual Basic .NET.

Verschiedene Hardware-Architekturen (wie zum Beispiel die IA-32-Architektur von Intel) unterstützen eine Exception-Behandlung auf Hardware-Ebene durch das Betriebssystem. Hierbei werden bei bestimmten ungültigen Operationen Software-Interrupts ausgelöst, die einen Einsprung in den privilegierten Betriebssystemkern verursachen. Dieser kann dann anhand der Exception das Programm mit einer Fehlermeldung beenden oder den Fehler an einen Debugger weiterleiten.

## Checked Exceptions

In der Programmiersprache Java gibt es als Weiterentwicklung der Ausnahme die „Checked Exception“ (dt. etwa: überprüfte Ausnahme). Das ist eine Ausnahme, bei der der Compiler prüft, ob alle Stellen, wo sie auftreten kann, durch Code zum Abfangen der Ausnahme abgedeckt sind. Der Code zum Abfangen kann dabei innerhalb derselben Methode stehen, in der die Ausnahme auftreten kann, oder auch in aufrufenden Methoden. In letzterem Fall muss der Programmierer die Ausnahmen in der Methodensignatur deklarieren.

Die zugrunde liegende Idee beim Entwurf von Java war, dass Ausnahmen, auf die der Anwendungscode sinnvoll reagieren kann, als Checked Exception ausgeführt werden. Durch den Zwang zur Behandlung der Ausnahme sollte robuster Code erreicht werden und fehlende Fehlerbehandlungen bereits vom Compiler entdeckt werden. Es gibt aber weiterhin Ausnahmen, die keine Checked Exceptions sind. Als Konvention gilt dabei, solche Fehler als Checked Exception zu realisieren, bei denen man vom Aufrufer erwartet, dass er auf ihn reagieren und einen geregelten Programmablauf wiederherstellen kann. Darunter fallen beispielsweise Netzwerk-, Datenbank- oder sonstige E/A-Fehler. So kann das Öffnen einer Datei aus verschiedenen Gründen fehlschlagen (keine Rechte, Datei nicht vorhanden), der Aufbau einer Netzwerkverbindung kann aus vom Programm nicht zu beeinflussenden Gründen fehlschlagen. Nicht-Checked-Exceptions sind zum Melden verschiedener Arten von Programmfehlern vorgesehen (zum Beispiel Indexfehler bei Array-Indizierung). Es wird davon abgeraten, die Anwendung in solchen Fällen versuchen zu lassen, einen geregelten Programmablauf wiederherzustellen. Die Klassen der Java-Plattform selber halten sich weitgehend an diese Konvention.

Kritiker führen gegen die Checked Exceptions an, dass sie die Lesbarkeit des Quellcodes verschlechtern würden und dass sie viele Programmierer, weil sie in dieser Funktionalität keinen dem Aufwand entsprechenden Nutzen erkennen, zu Ausweichkonstrukten verleiten, die dem Compiler genügen, aber kaum Fehler behandeln. Ein anderer Einwand ist, dass aufgrund der Deklaration der Exceptions in den Methodensignaturen allgemein verwendbare Hilfsklassen oder Interfaces, insbesondere als Teil von Entwurfsmustern, oft nicht sinnvoll operabel sind mit Klassen, die Checked Exceptions verwenden. Als Ausweichlösung werden getunnelte Checked Exceptions vorgeschlagen, die aber den Nutzen der Checked Exception aufheben. Darüber hinaus stehen Checked Exceptions als Teil der Methodensignatur der Erweiterbarkeit von Schnittstellen im Wege.

Neuere Fachliteratur sowie Diskussionen während der Entstehung von Programmiersprachen neueren Datums tendieren dazu, Checked Exceptions abzulehnen.

## Auslösen von Exceptions

Eine Exception kann an jeder Stelle im Programmcode ausgelöst werden. Dabei wird fast immer ein Objekt einer Exception-Klasse erzeugt und mit dem Schlüsselwort throw oder raise abgeschickt. Bei manchen Programmiersprachen (zum Beispiel C++) darf statt der Exception-Klasse auch jeder andere Datentyp verwendet werden.

## Abfangen von Exceptions

Wird eine Exception im Programmablauf nicht explizit abgefangen, dann wird sie von der Laufzeitumgebung aufgefangen. Die Exception wird als Fehlermeldung angezeigt; je nach Art der Exception wird die Anwendung abgebrochen oder fortgesetzt. Eine Ausnahme zu behandeln oder nicht ist eine bewusste Designentscheidung, und je nach Art der Ausnahme sollte man abfangen oder nicht:

* Fatale Ausnahmen sind nicht dein Fehler, und sollten nicht abgefangen werden. Wenn zum Beispiel der Hauptspeicher des Computers ausgeht, ist nichts mehr zu machen, ab und zu macht es noch Sinn einen final Block laufen zu lassen und hoffen dass es nicht zu schlimm ist.
* Dumme Ausnahmen, im Englischen "boneheaded Exceptions", sind Programmierfehler. Ein null als Argument, einen Index überlaufen, sollten immer so programmiert werden dass kein Ausnahmezustand eintritt.
* Lästige Ausnahmen, im Englischen "Vexing Exceptions", sind Designfehler in anderer Software. Man fängt sie immer sofort. Ein bekanntes Beispiel ist das Parsen einer vom Benutzer eingegebene Zahl. Wenn sich die Person vertippt, kann ein Fehler auftreten, das weiss man schon vorher, ist ganz normal, und daher keine Ausnahme. In der Programmiersprache C# gab es ursprünglich nur Int32.Parse, das eine Exception wirft, später hat man noch Int32.TryParse angeboten, wo der Fehler mit einem Rückgabewert behandelt werden kann.
* Äussere Ausnahmen passieren selten, kann man gut behandeln, jedoch kaum vermeiden. Wenn man eine Datei öffnet macht es keinen Sinn vorher zu prüfen ob die da ist, da jemand die Datei bereits genau nach dieser Prüfung löschen kann, und das Programm hat trotzdem ein Problem. Solche Ausnahmen sollten immer behandelt werden.

Häufige Fehler bei der Ausnahmebehandlung sind:

* Exceptions werden ohne weitere Aktionen geschluckt. Somit gehen alle Informationen über die eigentliche Fehlerursache verloren.
* Exceptions werden durch eine eigene (häufig unzutreffende) Meldung ersetzt.

Es ist sinnvoll, Exceptions abzufangen, um zusätzliche Informationen anzureichern und erneut auszulösen.

### Beispiele

**Python**

Siehe auch Python, Abschnitt Ausnahmebehandlung.

**Perl**

klassisch:

ab Perl 5.34.0:

**Swift**

Ab Version 2 unterstützt die Programmiersprache Swift von Apple auch Exceptions:

Mit Swift 2.0 wurde ebenfalls das Schlüsselwort defer eingeführt, mit dem ein Block mit Code definiert werden kann, der auf jeden Fall beim Verlassen des aktuellen Blocks (z. B. Methode) ausgeführt wird, auch wenn dieser Block wegen einer Exception verlassen wird. Ein defer-Block kann also in etwa wie der aus anderen Programmiersprache bekannte finally-Block verwendet werden.

