1. エラー処理の重要性
1-1. なぜエラー処理が必要か
プログラムは予期しない状況に遭遇する。ファイルが存在しない、ネットワークが切断される、不正な入力を受け取るなど。エラー処理を適切に行わないと、プログラムは突然クラッシュしてしまう。
Common Lisp は コンディションシステム という強力なエラー処理機構を持つ。これは単なる例外処理を超え、エラーからの 復帰 も可能にする。
1-2. コンディションシステムの構成
2. 基本的なエラー
2-1. エラーの発生
;; ゼロ除算
(/ 1 0)
;; → エラー: division by zero
;; 存在しない関数
(undefined-function)
;; → エラー: undefined function
;; 型エラー
(+ "a" 1)
;; → エラー: "a" is not a number
2-2. error 関数
error 関数で意図的にエラーを発生させる。
;; 単純なエラー
(error "Something went wrong")
;; フォーマット付きエラー
(defun divide (a b)
(if (zerop b)
(error "Cannot divide ~A by zero" a) ; エラーメッセージを生成
(/ a b)))
(divide 10 0)
;; → エラー: Cannot divide 10 by zero
2-3. warn 関数
warn は警告を出すが、プログラムは続行する。
(defun check-value (x)
(when (< x 0)
(warn "Negative value: ~A" x)) ; 警告を出力
(abs x)) ; 処理は続行
(check-value -5)
;; 警告: Negative value: -5
;; → 5
3. handler-case によるエラー捕捉
3-1. 基本的な使い方
handler-case はエラーを捕捉し、適切に処理する。
(handler-case
(/ 10 0) ; エラーが発生する可能性のある式
(division-by-zero () ; 捕捉するコンディション
(format t "ゼロで割れません~%")
nil)) ; 代わりに返す値
;; ゼロで割れません
;; → NIL
3-2. 構文
(handler-case 式
(コンディション型1 (変数)
処理1...)
(コンディション型2 (変数)
処理2...)
...)
3-3. 複数のコンディションを捕捉
(defun safe-divide (a b)
(handler-case
(/ a b)
(division-by-zero () ; ゼロ除算
(format t "ゼロ除算エラー~%")
nil)
(type-error (e) ; 型エラー
(format t "型エラー: ~A~%" e)
nil)))
(safe-divide 10 0)
;; ゼロ除算エラー
;; → NIL
(safe-divide "a" 2)
;; 型エラー: ...
;; → NIL
3-4. コンディションオブジェクトの利用
変数でコンディションオブジェクトを受け取り、詳細情報を取得できる。
(handler-case
(/ 10 0)
(division-by-zero (c) ; c にコンディションが入る
(format t "エラー: ~A~%" c)
:error))
;; エラー: arithmetic error DIVISION-BY-ZERO ...
;; → :ERROR
3-5. error 型ですべてのエラーを捕捉
(defun safe-eval (form)
(handler-case
(eval form)
(error (e) ; すべてのエラーを捕捉
(format t "エラーが発生: ~A~%" e)
nil)))
(safe-eval '(+ 1 2))
;; → 3
(safe-eval '(/ 1 0))
;; エラーが発生: ...
;; → NIL
4. ignore-errors と unwind-protect
4-1. ignore-errors
エラーを無視して NIL を返す簡易的な方法。
;; エラーが発生すると NIL を返す
(ignore-errors (/ 10 0))
;; → NIL, #<DIVISION-BY-ZERO ...>（2つの値）
;; 正常な場合は結果を返す
(ignore-errors (/ 10 2))
;; → 5
注意 ignore-errors はデバッグを困難にするため、本番コードでは handler-case を推奨する。
4-2. unwind-protect
エラーが発生しても必ず実行したい処理がある場合に使う。
(unwind-protect
保護される式
後始末の式...)
;; ファイルを確実に閉じる
(let ((stream (open "test.txt" :direction :output)))
(unwind-protect
(progn
(write-line "Hello" stream)
(error "Something went wrong")) ; エラー発生
(close stream) ; 必ず実行される
(format t "ストリームを閉じました~%")))
4-3. with-open-file との関係
with-open-file は内部で unwind-protect を使用している。
;; with-open-file は自動的にファイルを閉じる
(with-open-file (stream "test.txt" :direction :output)
(write-line "Hello" stream)
(error "Error!")) ; エラーでもファイルは閉じられる
5. コンディションの種類
5-1. コンディションの階層
5-2. 主なコンディション型
| コンディション | 説明 |
|---|---|
error |
すべてのエラーの基底 |
simple-error |
単純なエラー |
type-error |
型の不一致 |
arithmetic-error |
算術エラー |
division-by-zero |
ゼロ除算 |
file-error |
ファイル関連エラー |
end-of-file |
ファイル終端 |
parse-error |
パースエラー |
warning |
警告（続行可能） |
5-3. コンディションの判定
(handler-case
(/ 10 0)
(division-by-zero ()
:division-by-zero)
(arithmetic-error ()
:arithmetic-error)
(error ()
:other-error))
;; → :DIVISION-BY-ZERO（最初にマッチしたもの）
注意 より具体的なコンディションを先に書く。
6. カスタムコンディション
6-1. define-condition
独自のコンディションを定義できる。
;; カスタムコンディションの定義
(define-condition invalid-age-error (error)
((age :initarg :age ; スロット定義
:reader invalid-age-error-age))
(:report (lambda (c stream) ; エラーメッセージの生成
(format stream "Invalid age: ~A"
(invalid-age-error-age c)))))
;; 使用例
(defun set-age (age)
(if (or (< age 0) (> age 150))
(error 'invalid-age-error :age age) ; カスタムエラーを発生
age))
(handler-case
(set-age -5)
(invalid-age-error (e)
(format t "エラー: ~A~%" e)))
;; エラー: Invalid age: -5
6-2. スロットを持つコンディション
エラー発生時の詳細情報（値、フィールド名、理由など）を格納する変数を持つカスタムコンディション。 捕捉側でスロットにアクセスし、エラーの原因を詳しく調べられる。
;; 複数のスロットを持つコンディション
(define-condition validation-error (error)
((field :initarg :field ; フィールド名
:reader validation-error-field)
(value :initarg :value ; 不正な値
:reader validation-error-value)
(reason :initarg :reason ; 理由
:reader validation-error-reason))
(:report (lambda (c stream)
(format stream "Validation error in ~A: ~A (~A)"
(validation-error-field c)
(validation-error-value c)
(validation-error-reason c)))))
;; 使用例
(defun validate-email (email)
(unless (position #\@ email)
(error 'validation-error
:field "email"
:value email
:reason "missing @"))
email)
(handler-case
(validate-email "invalid")
(validation-error (e)
(format t "フィールド: ~A~%"
(validation-error-field e))))
;; フィールド: email
7. リスタート
7-1. リスタートとは
リスタートは、エラー発生時に 復帰方法 を提供する仕組み。エラーを捕捉する側が、どのように復帰するか選択できる。
7-2. restart-case
(defun parse-integer-with-restart (str)
(restart-case
(let ((result (parse-integer str :junk-allowed nil)))
(or result
(error "Cannot parse: ~A" str)))
(use-value (value) ; リスタート1：値を指定
:report "Use a specific value"
:interactive (lambda ()
(format t "Enter value: ")
(list (read)))
value)
(use-zero () ; リスタート2：0を使う
:report "Use zero"
0)))
;; 対話的に使用する場合、エラー時にリスタートを選択できる
7-3. invoke-restart
プログラム内からリスタートを呼び出す。
(defun safe-parse-integer (str)
(handler-bind
((error (lambda (c)
(declare (ignore c))
(invoke-restart 'use-zero)))) ; use-zero リスタートを呼ぶ
(parse-integer-with-restart str)))
(safe-parse-integer "abc")
;; → 0
7-4. 組み込みリスタート
いくつかのリスタートは標準で用意されている。
| リスタート | 説明 |
|---|---|
abort |
処理を中止 |
continue |
処理を続行 |
muffle-warning |
警告を抑制 |
use-value |
代わりの値を使用 |
store-value |
値を格納して続行 |
;; abort リスタートを使用
(defun do-something ()
(restart-case
(progn
(format t "処理開始~%")
(error "エラー発生"))
(abort ()
:report "処理を中止"
(format t "中止しました~%")
nil)))
(handler-bind
((error (lambda (c)
(declare (ignore c))
(invoke-restart 'abort))))
(do-something))
;; 処理開始
;; 中止しました
;; → NIL
8. handler-bind
スタックを巻き戻さずにコンディションを処理するマクロ。 エラー発生地点のコンテキストを保持したまま処理できるため、リスタートへのアクセスが可能。
8-1. handler-case との違い
| 機能 | handler-case | handler-bind |
|---|---|---|
| スタック巻き戻し | 行う | 行わない |
| リスタートへのアクセス | 不可 | 可能 |
| 用途 | 単純なエラー処理 | 高度な制御 |
8-2. 使用例
;; handler-bind はスタックを巻き戻さずにハンドラを実行
(handler-bind
((warning (lambda (c)
(format t "警告を検出: ~A~%" c)
(muffle-warning)))) ; 警告を抑制
(warn "This is a warning")
(format t "処理を続行~%"))
;; 警告を検出: This is a warning
;; 処理を続行
9. 実践例
9-1. ファイル読み込みのエラー処理
(defun read-file-safely (path)
"ファイルを安全に読み込み、エラー時はNILを返す"
(handler-case
(with-open-file (stream path :direction :input)
(let ((contents (make-string (file-length stream))))
(read-sequence contents stream) ; ファイル内容を読み込む
contents))
(file-error (e)
(format t "ファイルエラー: ~A~%" e)
nil)
(error (e)
(format t "予期せぬエラー: ~A~%" e)
nil)))
(read-file-safely "nonexistent.txt")
;; ファイルエラー: ...
;; → NIL
9-2. 数値入力のバリデーション
;; カスタムコンディション：不正な入力を表すエラー
(define-condition invalid-input (error)
((input :initarg :input ; 入力された値
:reader invalid-input-value)
(expected :initarg :expected ; 期待される条件
:reader invalid-input-expected))
(:report (lambda (c stream) ; エラーメッセージの生成
(format stream "Invalid input: ~A (expected ~A)"
(invalid-input-value c)
(invalid-input-expected c)))))
;; 正の整数を読み込む。不正な場合は再入力を求める
(defun read-positive-integer ()
(loop ; 有効な入力があるまで繰り返す
(format t "正の整数を入力: ")
(force-output) ; 出力を即座に表示
(let ((input (read-line))) ; 1行読み込む
(handler-case
(let ((n (parse-integer input))) ; 文字列を整数に変換
(if (plusp n)
(return n) ; 正の数なら値を返して終了
(error 'invalid-input ; 正でなければエラー
:input n
:expected "positive")))
(parse-error () ; 数値に変換できなかった
(format t "数値を入力してください~%"))
(invalid-input (e) ; 正の数でなかった
(format t "~A~%" e))))))
9-3. リトライ機能付きHTTPリクエスト（擬似）
;; カスタムコンディション：ネットワークエラーを表す
(define-condition network-error (error)
((url :initarg :url ; アクセスしたURL
:reader network-error-url))
(:report (lambda (c stream) ; エラーメッセージの生成
(format stream "Network error accessing ~A"
(network-error-url c)))))
;; 最大max-retries回までリトライするHTTP GET
(defun http-get-with-retry (url &key (max-retries 3))
(let ((attempts 0)) ; 試行回数
(loop
(incf attempts) ; 試行回数を増やす
(handler-case
(return (http-get url)) ; 成功したら値を返す
(network-error (e)
(if (< attempts max-retries)
(progn
(format t "リトライ ~A/~A: ~A~%"
attempts max-retries e)
(sleep 1)) ; 1秒待機してリトライ
(error e))))))) ; 最大回数に達したらエラー
;; 擬似的なhttp-get（テスト用）
(let ((call-count 0)) ; クロージャで呼び出し回数を保持
(defun http-get (url)
(incf call-count)
(if (< call-count 3)
(error 'network-error :url url) ; 最初の2回は失敗
(format nil "Response from ~A" url)))) ; 3回目以降は成功
9-4. トランザクション風の処理
;; 操作リストを実行し、エラー時はロールバック
(defun with-transaction (operations)
(let ((completed nil)) ; 完了した操作を記録するリスト
(unwind-protect
(handler-case
(progn
(dolist (op operations) ; 各操作を順に実行
(funcall op)
(push op completed)) ; 成功した操作を記録
:success) ; すべて成功
(error (e) ; エラー発生時
(format t "エラー発生: ~A~%" e)
(format t "ロールバック中...~%")
:failed))
;; unwind-protect: 成功・失敗どちらでも実行される
(format t "完了した操作: ~A個~%" (length completed)))))
;; 使用例
(with-transaction
(list (lambda () (format t "操作1 完了~%"))
(lambda () (format t "操作2 完了~%"))
(lambda () (error "操作3で失敗"))
(lambda () (format t "操作4 完了~%"))))
;; 操作1 完了
;; 操作2 完了
;; エラー発生: 操作3で失敗
;; ロールバック中...
;; 完了した操作: 2個
;; → :FAILED
10. 練習課題
課題1：安全な除算
ゼロ除算時に NIL を返す関数を作れ。
(safe-divide 10 2) ;; → 5
(safe-divide 10 0) ;; → NIL
解答
(defun safe-divide (a b)
(handler-case
(/ a b)
(division-by-zero () ; ゼロ除算を捕捉
nil)))
(safe-divide 10 2) ;; → 5
(safe-divide 10 0) ;; → NIL
課題2：デフォルト値付き変換
文字列を整数に変換し、失敗時はデフォルト値を返す関数を作れ。
(parse-int-or "123" 0) ;; → 123
(parse-int-or "abc" 0) ;; → 0
解答
(defun parse-int-or (str default)
(handler-case
(parse-integer str)
(error () ; すべてのエラーを捕捉
default)))
(parse-int-or "123" 0) ;; → 123
(parse-int-or "abc" 0) ;; → 0
課題3：範囲チェック付きエラー
値が範囲外の場合にカスタムエラーを発生させる関数を作れ。
(check-range 50 0 100) ;; → 50
(check-range 150 0 100) ;; → エラー
解答
(define-condition out-of-range (error)
((value :initarg :value :reader out-of-range-value)
(min :initarg :min :reader out-of-range-min)
(max :initarg :max :reader out-of-range-max))
(:report (lambda (c stream)
(format stream "~A is out of range [~A, ~A]"
(out-of-range-value c)
(out-of-range-min c)
(out-of-range-max c)))))
(defun check-range (value min max)
(if (and (>= value min) (<= value max))
value
(error 'out-of-range :value value :min min :max max)))
(check-range 50 0 100) ;; → 50
;; (check-range 150 0 100) → エラー: 150 is out of range [0, 100]
課題4：リトライ機能
失敗時に指定回数リトライする関数を作れ。
(with-retry 3 (lambda () (random-fail)))
解答
(defun with-retry (max-attempts fn)
(loop for attempt from 1 to max-attempts
do (handler-case
(return (funcall fn)) ; 成功したら値を返す
(error (e)
(if (< attempt max-attempts)
(format t "リトライ ~A/~A~%" attempt max-attempts)
(error e)))))) ; 最終回はエラーを投げる
;; テスト用関数
(let ((count 0))
(defun random-fail ()
(incf count)
(if (< count 3)
(error "Failed")
"Success")))
(with-retry 5 #'random-fail)
;; リトライ 1/5
;; リトライ 2/5
;; → "Success"
課題5：ログ付きエラー処理
エラーをログに記録してから再スローする関数を作れ。
解答
(defparameter *error-log* nil) ; エラーログ
(defun with-error-logging (fn)
(handler-case
(funcall fn)
(error (e)
(push (list (get-universal-time) e) *error-log*) ; ログに記録
(error e)))) ; 再スロー
;; 使用例
(ignore-errors
(with-error-logging
(lambda () (/ 1 0))))
;; ログを確認
(first *error-log*)
;; → (時刻 #<DIVISION-BY-ZERO ...>)
課題6：cleanup付き処理
成功・失敗に関わらずクリーンアップ処理を行う関数を作れ。
解答
(defun with-cleanup (setup-fn body-fn cleanup-fn)
(funcall setup-fn) ; セットアップ
(unwind-protect
(funcall body-fn) ; 本体処理
(funcall cleanup-fn))) ; 必ずクリーンアップ
;; 使用例
(with-cleanup
(lambda () (format t "セットアップ~%"))
(lambda ()
(format t "処理中~%")
(error "失敗"))
(lambda () (format t "クリーンアップ~%")))
;; セットアップ
;; 処理中
;; クリーンアップ
;; → エラー発生
11. まとめ
エラー処理の基本
| 機能 | 関数/マクロ | 用途 |
|---|---|---|
| エラー発生 | error |
致命的エラー |
| 警告 | warn |
警告（続行可能） |
| エラー捕捉 | handler-case |
一般的なエラー処理 |
| エラー無視 | ignore-errors |
簡易的なエラー無視 |
| 後始末 | unwind-protect |
確実なクリーンアップ |
コンディションの階層
condition
├── warning
└── serious-condition
├── error（一般的なエラー）
│ ├── type-error
│ ├── arithmetic-error
│ │ └── division-by-zero
│ └── file-error
└── storage-condition
handler-case vs handler-bind
| 特徴 | handler-case | handler-bind |
|---|---|---|
| スタック巻き戻し | あり | なし |
| リスタート利用 | 不可 | 可能 |
| 使いやすさ | 簡単 | 高度 |