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例外 ​

例外は、プログラムの実行を中断させる可能性のあるランタイムエラーが発生した場合でも、コードをより予測可能に実行するのに役立ちます。 Kotlinは、すべての例外をデフォルトで_非チェック例外_として扱います。 非チェック例外は、例外処理プロセスを簡素化します。例外をキャッチできますが、それらを明示的に処理したり宣言したりする必要はありません。

KotlinがJava、Swift、Objective-Cと連携する際に例外をどのように処理するかについては、 「Java、Swift、Objective-Cとの例外の相互運用性」セクションで詳しく学べます。

例外を扱う主なアクションは次の2つです。

  • 例外のスロー: 問題が発生したことを示します。
  • 例外のキャッチ: 予期しない例外を手動で処理し、問題を解決するか、開発者またはアプリケーションユーザーに通知します。

例外はExceptionクラスのサブクラスによって表現され、これはThrowableクラスのサブクラスです。階層の詳細については、「例外階層」セクションを参照してください。Exceptionはopen classであるため、アプリケーションの特定のニーズに合わせてカスタム例外を作成できます。

例外のスロー ​

throwキーワードを使用して、手動で例外をスローできます。 例外をスローすることは、コードで予期しないランタイムエラーが発生したことを示します。 例外はオブジェクトであり、例外をスローすると例外クラスのインスタンスが作成されます。

パラメータなしで例外をスローできます。

kotlin
throw IllegalArgumentException()

問題の原因をよりよく理解するために、カスタムメッセージや元の原因などの追加情報を含めます。

kotlin
val cause = IllegalStateException("Original cause: illegal state")

// userInputが負の場合、IllegalArgumentExceptionをスローする
// さらに、原因となったIllegalStateExceptionで表される元の原因も表示する
if (userInput < 0) {
    throw IllegalArgumentException("Input must be non-negative", cause)
}

この例では、ユーザーが負の値を入力した場合にIllegalArgumentExceptionがスローされます。 カスタムエラーメッセージを作成し、例外の元の原因 (cause) を保持することができます。これはスタックトレースに含まれます。

事前条件関数による例外のスロー ​

Kotlinは、事前条件関数を使用して例外を自動的にスローする追加の方法を提供します。 事前条件関数には次のものがあります。

事前条件関数ユースケーススローされる例外
require()ユーザー入力の有効性をチェックするIllegalArgumentException
check()オブジェクトまたは変数の状態の有効性をチェックするIllegalStateException
error()不正な状態または条件を示すIllegalStateException

これらの関数は、特定の条件が満たされない場合にプログラムのフローを続行できない状況に適しています。 これにより、コードが効率化され、これらのチェックの処理が効率的になります。

require() 関数 ​

require()関数は、関数の操作に不可欠な入力引数を検証するために使用します。 これらの引数が無効な場合、関数は続行できません。

require()の条件が満たされない場合、IllegalArgumentExceptionがスローされます。

kotlin
fun getIndices(count: Int): List<Int> {
    require(count >= 0) { "Count must be non-negative. You set count to $count." }
    return List(count) { it + 1 }
}

fun main() {
    // これはIllegalArgumentExceptionで失敗します
    println(getIndices(-1))
    
    // 動作する例を見るには、以下の行のコメントを解除してください
    // println(getIndices(3))
    // [1, 2, 3]
}

require()関数は、コンパイラがスマートキャストを実行することを可能にします。 チェックが成功した後、変数は自動的に非null型にキャストされます。 これらの関数は、変数を進める前にnullではないことを確認するために、nullabilityチェックによく使用されます。例：

kotlin
fun printNonNullString(str: String?) {
    // Nullability check
    require(str != null) 
    // このチェックが成功した後、'str' は非nullであることが保証され、
    // 自動的に非nullのStringにスマートキャストされます
    println(str.length)
}

check() 関数 ​

check()関数は、オブジェクトまたは変数の状態を検証するために使用します。 チェックが失敗した場合、対処する必要があるロジックエラーを示します。

check()関数で指定された条件がfalseの場合、IllegalStateExceptionがスローされます。

kotlin
fun main() {
    var someState: String? = null

    fun getStateValue(): String {

        val state = checkNotNull(someState) { "State must be set beforehand!" }
        check(state.isNotEmpty()) { "State must be non-empty!" }
        return state
    }
    // 以下の行のコメントを解除すると、プログラムはIllegalStateExceptionで失敗します
    // getStateValue()

    someState = ""

    // 以下の行のコメントを解除すると、プログラムはIllegalStateExceptionで失敗します
    // getStateValue() 
    someState = "non-empty-state"

    // これは "non-empty-state" を出力します
    println(getStateValue())
}

check()関数は、コンパイラがスマートキャストを実行することを可能にします。 チェックが成功した後、変数は自動的に非null型にキャストされます。 これらの関数は、変数を進める前にnullではないことを確認するために、nullabilityチェックによく使用されます。例：

kotlin
fun printNonNullString(str: String?) {
    // Nullability check
    check(str != null) 
    // このチェックが成功した後、'str' は非nullであることが保証され、
    // 自動的に非nullのStringにスマートキャストされます
    println(str.length)
}

error() 関数 ​

error()関数は、不正な状態や、コード内で論理的に発生してはならない条件を通知するために使用されます。 コードが予期しない状態になった場合など、コード内で意図的に例外をスローしたいシナリオに適しています。 この関数はwhen式で特に便利で、論理的に発生してはならないケースを明確に処理する方法を提供します。

次の例では、error()関数が未定義のユーザーロールを処理するために使用されています。 ロールが定義済みのいずれかではない場合、IllegalStateExceptionがスローされます。

kotlin
class User(val name: String, val role: String)

fun processUserRole(user: User) {
    when (user.role) {
        "admin" -> println("${user.name} is an admin.")
        "editor" -> println("${user.name} is an editor.")
        "viewer" -> println("${user.name} is a viewer.")
        else -> error("Undefined role: ${user.role}")
    }
}

fun main() {
    // これは期待どおりに動作します
    val user1 = User("Alice", "admin")
    processUserRole(user1)
    // Alice is an admin.

    // これはIllegalStateExceptionをスローします
    val user2 = User("Bob", "guest")
    processUserRole(user2)
}

try-catchブロックを使用した例外の処理 ​

例外がスローされると、プログラムの通常の実行が中断されます。 tryおよびcatchキーワードを使用して例外を適切に処理し、プログラムを安定させることができます。 tryブロックには例外をスローする可能性のあるコードが含まれ、catchブロックは例外が発生した場合にそれをキャッチして処理します。 例外は、その特定の型または例外のスーパークラスに一致する最初のcatchブロックによってキャッチされます。

tryとcatchキーワードを一緒に使用する方法は次のとおりです。

kotlin
try {
    // 例外をスローする可能性のあるコード
} catch (e: SomeException) {
    // 例外を処理するコード
}

try-catchを式として使用し、tryブロックまたはcatchブロックのいずれかから値を返すのが一般的なアプローチです。

kotlin
fun main() {
    val num: Int = try {

        // count()が正常に完了した場合、その戻り値がnumに代入される
        count()
        
    } catch (e: ArithmeticException) {
        
        // count()が例外をスローした場合、catchブロックは-1を返し、
        // それがnumに代入される
        -1
    }
    println("Result: $num")
}

// ArithmeticExceptionをスローする可能性のある関数をシミュレートする
fun count(): Int {
    
    // numに異なる値を返すには、この値を変更する
    val a = 0
    
    return 10 / a
}

同じtryブロックに対して複数のcatchハンドラを使用できます。 異なる例外を個別に処理するために、必要なだけcatchブロックを追加できます。 複数のcatchブロックがある場合は、コード内で最も具体的な例外から最も具体的でない例外へと上から下への順序で並べることが重要です。 この順序はプログラムの実行フローと一致します。

カスタム例外を含む次の例を考えます。

kotlin
open class WithdrawalException(message: String) : Exception(message)
class InsufficientFundsException(message: String) : WithdrawalException(message)

fun processWithdrawal(amount: Double, availableFunds: Double) {
    if (amount > availableFunds) {
        throw InsufficientFundsException("Insufficient funds for the withdrawal.")
    }
    if (amount < 1 || amount % 1 != 0.0) {
        throw WithdrawalException("Invalid withdrawal amount.")
    }
    println("Withdrawal processed")
}

fun main() {
    val availableFunds = 500.0

    // 異なるシナリオをテストするには、この値を変更する
    val withdrawalAmount = 500.5

    try {
        processWithdrawal(withdrawalAmount.toDouble(), availableFunds)

    // catchブロックの順序が重要です！
    } catch (e: InsufficientFundsException) {
        println("Caught an InsufficientFundsException: ${e.message}")
    } catch (e: WithdrawalException) {
        println("Caught a WithdrawalException: ${e.message}")
    }
}

WithdrawalExceptionを処理する一般的なcatchブロックは、その型のすべての例外をキャッチします。これには、より具体的なcatchブロックによって先にキャッチされない限り、InsufficientFundsExceptionのような特定の例外も含まれます。

finallyブロック ​

finallyブロックには、tryブロックが正常に完了したか、例外をスローしたかにかかわらず、常に実行されるコードが含まれます。 finallyブロックを使用すると、tryブロックとcatchブロックの実行後にコードをクリーンアップできます。 これは、ファイルやネットワーク接続などのリソースを扱う場合に特に重要です。finallyブロックにより、それらが適切に閉じられるか解放されることが保証されます。

try-catch-finallyブロックを一緒に使用する典型的な方法は次のとおりです。

kotlin
try {
    // 例外をスローする可能性のあるコード
}
catch (e: YourException) {
    // 例外ハンドラ
}
finally {
    // 常に実行されるコード
}

try式の戻り値は、tryブロックまたはcatchブロックで最後に実行された式によって決定されます。 例外が発生しない場合、結果はtryブロックから返され、例外が処理される場合、catchブロックから返されます。 finallyブロックは常に実行されますが、try-catchブロックの結果を変更することはありません。

例を見てみましょう。

kotlin
fun divideOrNull(a: Int): Int {
    
    // tryブロックは常に実行される
    // ここで例外（ゼロ除算）が発生すると、すぐにcatchブロックにジャンプする
    try {
        val b = 44 / a
        println("try block: Executing division: $b")
        return b
    }
    
    // ArithmeticException（a == 0の場合のゼロ除算）によりcatchブロックが実行される
    catch (e: ArithmeticException) {
        println("catch block: Encountered ArithmeticException $e")
        return -1
    }
    finally {
        println("finally block: The finally block is always executed")
    }
}

fun main() {
    
    // 異なる結果を得るには、この値を変更する。ArithmeticExceptionは-1を返す
    divideOrNull(0)
}

Kotlinでは、AutoClosableインターフェースを実装するリソース（FileInputStreamやFileOutputStreamのようなファイルストリームなど）を管理する慣用的な方法は、.use()関数を使用することです。 この関数は、例外がスローされたかどうかにかかわらず、コードブロックが完了したときにリソースを自動的に閉じ、finallyブロックの必要性を排除します。 その結果、Kotlinはリソース管理のためにJavaのtry-with-resourcesのような特別な構文を必要としません。

kotlin
FileWriter("test.txt").use { writer ->
writer.write("some text") 
// このブロックの後、.use関数は自動的にwriter.close()を呼び出す。これはfinallyブロックに似ている
}

コードで例外を処理せずにリソースのクリーンアップが必要な場合は、catchブロックなしでfinallyブロックとともにtryを使用することもできます。

kotlin
class MockResource { 
    fun use() { 
        println("Resource being used") 
        // リソースが使用されていることをシミュレートする
        // ゼロ除算が発生するとArithmeticExceptionをスローする
        val result = 100 / 0
        
        // 例外がスローされた場合、この行は実行されない
        println("Result: $result") 
    }
    
    fun close() { 
        println("Resource closed") 
    }
}

fun main() { 
    val resource = MockResource()
    try {
        
        // リソースを使用しようとする
        resource.use()
        
    } finally {
        
        // 例外が発生しても、リソースが常に閉じられることを保証する
        resource.close()
    }

    // 例外がスローされた場合、この行は出力されない
    println("End of the program")
}

ご覧のとおり、finallyブロックは、例外が発生したかどうかに関係なく、リソースが閉じられることを保証します。

Kotlinでは、特定のニーズに応じて、catchブロックのみ、finallyブロックのみ、またはその両方を使用する柔軟性がありますが、tryブロックは常に少なくとも1つのcatchブロックまたはfinallyブロックを伴う必要があります。

カスタム例外の作成 ​

Kotlinでは、組み込みのExceptionクラスを拡張するクラスを作成することで、カスタム例外を定義できます。 これにより、アプリケーションのニーズに合わせて、より具体的なエラータイプを作成できます。

カスタム例外を作成するには、Exceptionを拡張するクラスを定義します。

kotlin
class MyException: Exception("My message")

この例では、デフォルトのエラーメッセージ「My message」がありますが、必要に応じて空白にすることもできます。

Kotlinの例外は、作成時のコンテキストに固有の情報（スタックトレースと呼ばれる）を保持する、状態を持つオブジェクトです。 オブジェクト宣言を使用して例外を作成することは避けてください。 代わりに、例外が必要な場合は常にその新しいインスタンスを作成してください。 このようにすることで、例外の状態が特定のコンテキストを正確に反映することを保証できます。

カスタム例外は、ArithmeticExceptionサブクラスのような、既存の例外サブクラスのサブクラスにすることもできます。

kotlin
class NumberTooLargeException: ArithmeticException("My message")

カスタム例外のサブクラスを作成したい場合は、親クラスをopenとして宣言する必要があります。 これは、クラスがデフォルトでfinalであるため、そうしないとサブクラス化できないためです。

例：

kotlin
// カスタム例外をopenクラスとして宣言し、サブクラス化可能にする
open class MyCustomException(message: String): Exception(message)

// カスタム例外のサブクラスを作成する
class SpecificCustomException: MyCustomException("Specific error message")

カスタム例外は組み込み例外と全く同じように動作します。throwキーワードを使用してスローし、try-catch-finallyブロックで処理できます。例を見てみましょう。

kotlin
class NegativeNumberException: Exception("Parameter is less than zero.")
class NonNegativeNumberException: Exception("Parameter is a non-negative number.")

fun myFunction(number: Int) {
    if (number < 0) throw NegativeNumberException()
    else if (number >= 0) throw NonNegativeNumberException()
}

fun main() {
    
    // 異なる例外を取得するには、この関数内の値を変更する
    myFunction(1)
}

多様なエラーシナリオを持つアプリケーションでは、 例外の階層を作成することで、コードをより明確かつ具体的にすることができます。 これは、抽象クラスまたはシールドクラスを共通の例外機能の基盤として使用し、詳細な例外タイプのために特定のサブクラスを作成することで実現できます。 さらに、デフォルト値を持つパラメータを含むカスタム例外は柔軟性を提供し、さまざまなメッセージで初期化できるため、より詳細なエラー処理が可能になります。

アカウント関連のエラーの例外階層の基盤としてシールドクラスAccountExceptionを使用し、そのサブクラスであるAPIKeyExpiredExceptionが、例外の詳細を改善するためにデフォルト値を持つパラメータの使用を示す例を見てみましょう。

kotlin
// アカウント関連エラーの例外階層の基盤としてシールドクラスを作成する
sealed class AccountException(message: String, cause: Throwable? = null):
Exception(message, cause)

// AccountExceptionのサブクラスを作成する
class InvalidAccountCredentialsException : AccountException("Invalid account credentials detected")

// AccountExceptionのサブクラスを作成する。カスタムメッセージと原因の追加を許可する
class APIKeyExpiredException(message: String = "API key expired", cause: Throwable? = null)	: AccountException(message, cause)

// 異なる結果を得るには、プレースホルダー関数の値を変更する
fun areCredentialsValid(): Boolean = true
fun isAPIKeyExpired(): Boolean = true

// アカウントの認証情報とAPIキーを検証する
fun validateAccount() {
    if (!areCredentialsValid()) throw InvalidAccountCredentialsException()
    if (isAPIKeyExpired()) {
        // 特定の原因でAPIKeyExpiredExceptionをスローする例
        val cause = RuntimeException("API key validation failed due to network error")
        throw APIKeyExpiredException(cause = cause)
    }
}

fun main() {
    try {
        validateAccount()
        println("Operation successful: Account credentials and API key are valid.")
    } catch (e: AccountException) {
        println("Error: ${e.message}")
        e.cause?.let { println("Caused by: ${it.message}") }
    }
}

Nothing 型 ​

Kotlinでは、すべての式に型があります。 throw IllegalArgumentException()という式の型はNothingです。これは、他のすべての型のサブタイプである組み込み型であり、ボトム型とも呼ばれます。 これは、Nothingが任意の他の型が期待される場所で戻り値の型またはジェネリック型として使用でき、型エラーを引き起こさないことを意味します。

NothingはKotlinの特殊な型で、常に例外をスローするか、無限ループのような無限の実行パスに入るため、決して正常に完了しない関数や式を表すために使用されます。 Nothingを使用して、まだ実装されていない関数や常に例外をスローするように設計された関数をマークすることで、コンパイラとコードの読者の両方に意図を明確に示せます。 コンパイラが関数シグネチャでNothing型を推論する場合、警告が表示されます。 Nothingを戻り値の型として明示的に定義することで、この警告を解消できます。

このKotlinコードはNothing型の使用を示しており、コンパイラは関数呼び出しに続くコードを到達不能としてマークします。

kotlin
class Person(val name: String?)

fun fail(message: String): Nothing {
    throw IllegalArgumentException(message)
    // この関数は決して正常に戻らない
    // 常に例外をスローする
}

fun main() {
    // 'name'がnullのPersonインスタンスを作成する
    val person = Person(name = null)
    
    val s: String = person.name ?: fail("Name required")

    // この時点で's'は初期化されていることが保証される
    println(s)
}

Nothing型を使用するKotlinのTODO()関数は、将来の実装が必要なコード領域を強調するためのプレースホルダーとして機能します。

kotlin
fun notImplementedFunction(): Int {
    TODO("This function is not yet implemented")
}

fun main() {
    val result = notImplementedFunction()
    // これはNotImplementedErrorをスローします
    println(result)
}

ご覧のとおり、TODO()関数は常にNotImplementedError例外をスローします。

例外クラス ​

Kotlinでよく見られるいくつかの一般的な例外タイプを見ていきましょう。これらはすべてRuntimeExceptionクラスのサブクラスです。

  • ArithmeticException: この例外は、ゼロ除算のように算術演算を実行できない場合に発生します。

    kotlin
    val example = 2 / 0 // ArithmeticExceptionをスローする

  • IndexOutOfBoundsException: この例外は、配列や文字列のような、何らかのインデックスが範囲外であることを示すためにスローされます。

    kotlin
    val myList = mutableListOf(1, 2, 3)
myList.removeAt(3)  // IndexOutOfBoundsExceptionをスローする

    この例外を避けるには、getOrNull()関数のようなより安全な代替手段を使用します。

    kotlin
    val myList = listOf(1, 2, 3)
// IndexOutOfBoundsExceptionの代わりにnullを返す
val element = myList.getOrNull(3)
println("Element at index 3: $element")

  • NoSuchElementException: この例外は、特定のコレクションに存在しない要素がアクセスされたときにスローされます。 これは、first()やlast()など、特定の要素を期待するメソッドを使用した場合に発生します。

    kotlin
    val emptyList = listOf<Int>()
val firstElement = emptyList.first()  // NoSuchElementExceptionをスローする

    この例外を避けるには、firstOrNull()関数のようなより安全な代替手段を使用します。

    kotlin
    val emptyList = listOf<Int>()
// NoSuchElementExceptionの代わりにnullを返す
val firstElement = emptyList.firstOrNull()
println("First element in empty list: $firstElement")

  • NumberFormatException: この例外は、文字列を数値型に変換しようとしたときに、文字列が適切な形式ではない場合に発生します。

    kotlin
    val string = "This is not a number"
val number = string.toInt() // NumberFormatExceptionをスローする

    この例外を避けるには、toIntOrNull()関数のようなより安全な代替手段を使用します。

    kotlin
    val nonNumericString = "not a number"
// NumberFormatExceptionの代わりにnullを返す
val number = nonNumericString.toIntOrNull()
println("Converted number: $number")

  • NullPointerException: この例外は、アプリケーションがnull値を持つオブジェクト参照を使用しようとしたときにスローされます。 Kotlinのnull安全性機能はNullPointerExceptionのリスクを大幅に軽減しますが、!!演算子を意図的に使用した場合、またはKotlinのnull安全性を持たないJavaと相互作用した場合に発生する可能性があります。

    kotlin
    val text: String? = null
println(text!!.length)  // NullPointerExceptionをスローする

Kotlinではすべての例外が非チェック例外であり、明示的にキャッチする必要はありませんが、必要に応じてキャッチする柔軟性があります。

例外階層 ​

Kotlin例外階層のルートはThrowableクラスです。 これには、ErrorとExceptionの2つの直接サブクラスがあります。

  • Errorサブクラスは、アプリケーションがそれ自体では回復できない可能性のある深刻な根本的な問題を表します。 これらは、OutOfMemoryErrorやStackOverflowErrorなど、通常処理しようとしない問題です。

  • Exceptionサブクラスは、処理したい可能性のある条件に使用されます。 Exception型のサブタイプ（RuntimeExceptionやIOException（入出力例外）など）は、アプリケーションでの例外的なイベントを扱います。

Exception hierarchy - the Throwable class

RuntimeExceptionは通常、プログラムコード内のチェック不足によって引き起こされ、プログラムによって防止できます。 Kotlinは、NullPointerExceptionのような一般的なRuntimeExceptionを防ぐのに役立ち、ゼロ除算のような潜在的なランタイムエラーに対してコンパイル時警告を提供します。次の図は、RuntimeExceptionから派生したサブタイプの階層を示しています。

Hierarchy of RuntimeExceptions

スタックトレース ​

_スタックトレース_は、ランタイム環境によって生成されるレポートで、デバッグに使用されます。 これは、プログラム内の特定の時点、特にエラーや例外が発生した箇所に至る関数呼び出しのシーケンスを示します。

JVM環境で例外が発生したためにスタックトレースが自動的に出力される例を見てみましょう。

kotlin
fun main() {
    throw ArithmeticException("This is an arithmetic exception!")
}

このコードをJVM環境で実行すると、次の出力が生成されます。

text
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: This is an arithmetic exception!
    at MainKt.main(Main.kt:3)
    at MainKt.main(Main.kt)

最初の行は例外の説明で、これには次のものが含まれます。

  • 例外タイプ: java.lang.ArithmeticException
  • スレッド: main
  • 例外メッセージ: "This is an arithmetic exception!"

例外の説明の後、「at」で始まる他の各行はスタックトレースです。1行は_スタックトレース要素_または_スタックフレーム_と呼ばれます。

  • at MainKt.main (Main.kt:3): これは、メソッド名 (MainKt.main) と、メソッドが呼び出されたソースファイルおよび行番号 (Main.kt:3) を示しています。
  • at MainKt.main (Main.kt): これは、例外がMain.ktファイルのmain()関数で発生することを示しています。

Java、Swift、Objective-Cとの例外の相互運用性 ​

Kotlinはすべての例外を非チェック例外として扱うため、そのような例外が、チェック例外と非チェック例外を区別する言語から呼び出された場合に、複雑化する可能性があります。 KotlinとJava、Swift、Objective-Cのような言語間の例外処理のこの差異に対処するために、 @Throwsアノテーションを使用できます。 このアノテーションは、呼び出し元に発生する可能性のある例外を警告します。 詳細については、「JavaからKotlinを呼び出す」および「Swift/Objective-Cとの相互運用性」を参照してください。

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