【C#】例外フィルター（when句）完全ガイド｜スタック保全・ログパターン・パターンマッチング・実践例まで

// 基本形: 同じ例外型で条件を分ける
try
{
    int.Parse("12345678901234567890"); // OverflowException が発生
}
catch (FormatException ex) when (ex.Message.Contains("Input string"))
{
    Console.WriteLine("数値以外の文字が含まれています");
}
catch (OverflowException ex) when (ex.Message.Contains("too large"))
{
    Console.WriteLine("数値が大きすぎます");
}
catch (OverflowException)
{
    Console.WriteLine("その他のオーバーフローエラー");
}

// 複数の同一例外型に when を付けて分岐させる
try
{
    var code = GetErrorCode();  // 0〜4 の値を返す
    throw new InvalidOperationException($"エラーコード: {code}");
}
catch (InvalidOperationException ex) when (ex.Message.Contains("コード: 1"))
{
    Console.WriteLine("一時的なエラー → 再試行");
}
catch (InvalidOperationException ex) when (ex.Message.Contains("コード: 2"))
{
    Console.WriteLine("権限エラー → ログアウト処理");
}
catch (InvalidOperationException ex)
{
    Console.WriteLine($"その他のエラー: {ex.Message}");
}

// NG パターン: catch してから条件チェックして再スロー
try
{
    // 例外の発生源（Inner メソッド）
    Inner();
}
catch (Exception ex)
{
    if (ex.Message.Contains("一時的"))
    {
        // ここで catch → スタックはすでに巻き戻されている
        // → throw でも発生源(Inner)の情報が薄くなる場合がある
        throw;  // スタックトレースは保持されるが一度 catch に入っている
    }
    // 条件に合わない → もう一度スロー
    throw;
}

// OK パターン: when フィルターを使う
try
{
    Inner();
}
catch (Exception ex) when (ex.Message.Contains("一時的"))
{
    // フィルターが true の場合のみここに入る
    // フィルターが false の場合: スタックは一切巻き戻されず次の catch へ
    Console.WriteLine("一時的エラー処理");
}

// デバッガーでの挙動の違い:
// when(false) の場合: "例外がスローされた場所" でデバッガーが止まる（break on throw）
// catch + rethrow の場合: catch の位置でデバッガーが止まる（発生源が分かりにくい）

// ログメソッド: 常に false を返す（例外を飲み込まない）
static bool LogException(Exception ex, string context = "")
{
    // ILogger / Serilog / Console など任意のロガーに書く
    Console.Error.WriteLine(
        $"[EXCEPTION] {context} | {ex.GetType().Name}: {ex.Message}
{ex.StackTrace}");
    return false;  // 必ず false を返す → catch ブロックには入らない
}

// 使い方: when(LogException()) が false を返すので catch には入らない
// → 例外はそのまま上位に伝播する（ログだけ記録される）
try
{
    RiskyOperation();
}
catch (Exception ex) when (LogException(ex, "RiskyOperation"))
{
    // ここには入らない（LogException が常に false を返すため）
}

// より実践的な使い方: 特定の例外だけログして、後の catch に処理を委ねる
try
{
    ProcessOrder(orderId);
}
catch (Exception ex) when (LogException(ex, $"ProcessOrder(id={orderId})"))
{
    // ここには入らない
}
catch (OrderNotFoundException ex)
{
    Console.WriteLine($"注文が見つかりません: {ex.Message}");
}
catch (PaymentException ex)
{
    Console.WriteLine($"決済エラー: {ex.Message}");
}

// ネストして複合ログも可能
try
{
    ProcessBatch(items);
}
catch (Exception ex)
    when (LogException(ex) || ex is BatchProcessException { Severity: >= 2 })
{
    Console.WriteLine("重大なバッチエラー");
}

// プロパティパターン: 例外のプロパティを直接参照
try
{
    await httpClient.GetStringAsync("https://api.example.com/data");
}
catch (HttpRequestException ex) when (ex.StatusCode == HttpStatusCode.NotFound)
{
    Console.WriteLine("404: リソースが見つかりません");
}
catch (HttpRequestException ex) when (ex.StatusCode == HttpStatusCode.Unauthorized)
{
    Console.WriteLine("401: 認証が必要です");
}
catch (HttpRequestException ex)
    when (ex.StatusCode >= HttpStatusCode.InternalServerError)
{
    Console.WriteLine("5xx: サーバーエラー → 再試行候補");
}

// is パターン: InnerException の型チェック
catch (AggregateException ae)
    when (ae.InnerException is TimeoutException)
{
    Console.WriteLine("タイムアウト発生");
}
catch (AggregateException ae)
    when (ae.InnerException is HttpRequestException { StatusCode: HttpStatusCode.ServiceUnavailable })
{
    Console.WriteLine("サービス利用不可 (503)");
}

// カスタム例外プロパティパターン
public class ApiException : Exception
{
    public int    StatusCode { get; init; }
    public string ErrorCode  { get; init; } = "";
}

catch (ApiException ex) when (ex.StatusCode == 429)
{
    Console.WriteLine("レートリミット: バックオフ後に再試行");
}
catch (ApiException ex) when (ex.ErrorCode is "MAINTENANCE" or "SHUTDOWN")
{
    Console.WriteLine("メンテナンス中");
}
catch (ApiException ex) when (ex.StatusCode >= 400 && ex.StatusCode < 500)
{
    Console.WriteLine($"クライアントエラー: {ex.ErrorCode}");
}

using Microsoft.Data.SqlClient;

// SQL Server エラー番号の主要なもの
// 1205: デッドロック
// 2601/2627: 一意制約違反
// -2: タイムアウト（SQL Client Timeout）
// 4060: データベースに接続できない
// 18456: ログイン失敗

static async Task ExecuteWithFilterAsync(string connectionString, string query)
{
    try
    {
        await using var conn = new SqlConnection(connectionString);
        await conn.OpenAsync();
        await using var cmd = new SqlCommand(query, conn);
        await cmd.ExecuteNonQueryAsync();
    }
    // デッドロック: 自動再試行対象
    catch (SqlException ex) when (ex.Number == 1205)
    {
        Console.WriteLine("デッドロック検出 → 少し待って再試行します");
        await Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(1));
        // 再試行ロジックをここに
    }
    // 一意制約違反
    catch (SqlException ex) when (ex.Number is 2601 or 2627)
    {
        Console.WriteLine($"重複データ: {ex.Message}");
        throw new DuplicateKeyException("既に同じキーのデータが存在します", ex);
    }
    // タイムアウト（過渡的エラー）
    catch (SqlException ex) when (ex.Number == -2)
    {
        Console.WriteLine("クエリタイムアウト");
        throw new TimeoutException("データベース操作がタイムアウトしました", ex);
    }
    // その他の SQL エラー
    catch (SqlException ex)
    {
        Console.WriteLine($"SQL エラー #{ex.Number}: {ex.Message}");
        throw;
    }
}

// カスタム例外（ドメインレイヤー用）
public class DuplicateKeyException : Exception
{
    public DuplicateKeyException(string message, Exception inner)
        : base(message, inner) { }
}

// 過渡的（transient）エラーかどうかを判定するヘルパー
static bool IsTransient(HttpRequestException ex) =>
    ex.StatusCode is
        HttpStatusCode.RequestTimeout or      // 408
        HttpStatusCode.TooManyRequests or      // 429
        HttpStatusCode.InternalServerError or  // 500
        HttpStatusCode.BadGateway or           // 502
        HttpStatusCode.ServiceUnavailable or   // 503
        HttpStatusCode.GatewayTimeout;         // 504

// シンプルな再試行ループ
static async Task<string> GetWithRetryAsync(
    HttpClient client,
    string url,
    int maxRetry = 3)
{
    for (int attempt = 1; attempt <= maxRetry; attempt++)
    {
        try
        {
            return await client.GetStringAsync(url);
        }
        // 過渡エラーかつ最後の試行でない場合は再試行
        catch (HttpRequestException ex)
            when (IsTransient(ex) && attempt < maxRetry)
        {
            var delay = TimeSpan.FromSeconds(Math.Pow(2, attempt)); // 指数バックオフ
            Console.WriteLine(
                $"[試行 {attempt}/{maxRetry}] {ex.StatusCode} → {delay.TotalSeconds}秒後に再試行");
            await Task.Delay(delay);
        }
        // 過渡エラーだが最後の試行 OR 永続的エラー → そのままスロー
    }
    throw new InvalidOperationException($"最大試行回数 ({maxRetry}) を超えました");
}

// 使い方
using var httpClient = new HttpClient();
try
{
    string data = await GetWithRetryAsync(httpClient, "https://api.example.com/data");
    Console.WriteLine($"取得成功: {data.Length} chars");
}
catch (InvalidOperationException ex)
{
    Console.WriteLine($"全試行失敗: {ex.Message}");
}
catch (HttpRequestException ex)
{
    Console.WriteLine($"永続的エラー {ex.StatusCode}: {ex.Message}");
}

// ユーザーキャンセルとタイムアウトを区別するには別々の CTS を使う
using var userCts    = new CancellationTokenSource();            // ユーザー操作用
using var timeoutCts = new CancellationTokenSource(TimeSpan.FromSeconds(5)); // タイムアウト用
using var linkedCts  = CancellationTokenSource.CreateLinkedTokenSource(
    userCts.Token, timeoutCts.Token);  // 両方をリンク

try
{
    await DoLongOperationAsync(linkedCts.Token);
}
// タイムアウト CTS がトリガー → タイムアウトによるキャンセル
catch (OperationCanceledException) when (timeoutCts.IsCancellationRequested)
{
    Console.WriteLine("タイムアウト（5秒超過）");
}
// ユーザー CTS がトリガー → ユーザーによるキャンセル
catch (OperationCanceledException) when (userCts.IsCancellationRequested)
{
    Console.WriteLine("ユーザーによるキャンセル");
}
catch (OperationCanceledException)
{
    Console.WriteLine("その他のキャンセル");
}

// シンプルなタイムアウトのみ判定
async Task<T?> ExecuteWithTimeoutAsync<T>(
    Func<CancellationToken, Task<T>> operation,
    TimeSpan timeout)
{
    using var cts = new CancellationTokenSource(timeout);
    try
    {
        return await operation(cts.Token);
    }
    // cts.IsCancellationRequested が true = このタイムアウト CTS がトリガー
    catch (OperationCanceledException) when (cts.IsCancellationRequested)
    {
        Console.WriteLine($"タイムアウト: {timeout.TotalSeconds}秒を超えました");
        return default;
    }
    // cts.IsCancellationRequested が false = 外部トークンによるキャンセル
    // → catch しない（上位で処理させる）
}

using System.Runtime.ExceptionServices;

// ① 例外情報をキャプチャして後から再スロー
ExceptionDispatchInfo? captured = null;
try
{
    throw new InvalidOperationException("元の例外");
}
catch (InvalidOperationException ex)
{
    // スタックトレースを保全したまま例外情報をキャプチャ
    captured = ExceptionDispatchInfo.Capture(ex);
}

// 後から別のスコープで再スロー（スタックトレース保全）
if (captured != null)
{
    // 元のスタックトレース + 現在位置のマーカーが付く
    captured.Throw();  // 元のスタックトレースを保持して再スロー
}

// ② 複数タスクの例外を個別に再スローする例
static async Task ProcessWithPreservedStackAsync(List<Func<Task>> tasks)
{
    var exceptions = new List<ExceptionDispatchInfo>();

    foreach (var task in tasks)
    {
        try
        {
            await task();
        }
        catch (Exception ex)
        {
            exceptions.Add(ExceptionDispatchInfo.Capture(ex));
        }
    }

    if (exceptions.Count == 1)
    {
        exceptions[0].Throw();  // 単一例外: 元のスタックトレースで再スロー
    }
    else if (exceptions.Count > 1)
    {
        throw new AggregateException(exceptions.Select(e => e.SourceException));
    }
}