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《.net編程先鋒C#》第七章異常處理

編輯：關於C語言

第七章異常處理
通用語言運行時（CLR）具有的一個很大的優勢為，異常處理是跨語言被標准化的。一個在C#中所引發的異常可以在Visual Basic客戶中得到處理。不再有 HRESULTs 或者 ISupportErrorInfo 接口。
盡管跨語言異常處理的覆蓋面很廣，但這一章完全集中討論C#異常處理。你稍為改變編譯器的溢出處理行為，接著有趣的事情就開始了：你處理了該異常。要增加更多的手段，隨後引發你所創建的異常。

7.1 校驗(checked)和非校驗(unchecked)語句
當你執行運算時，有可能會發生計算結果超出結果變量數據類型的有效范圍。這種情況被稱為溢出，依據不同的編程語言，你將被以某種方式通知——或者根本就沒有被通知。（C++程序員聽起來熟悉嗎？）
那麼，C#如何處理溢出的呢？要找出其默認行為，請看我在這本書前面提到的階乘的例子。（為了方便其見，前面的例子再次在清單 7.1 中給出）

清單 7.1 計算一個數的階乘

1: using System;
2:
3: class Factorial
4: {
5: public static void Main(string[] args)
6: {
7: long nFactorial = 1;
8: long nComputeTo = Int64.Parse(args[0]);
9:
10: long nCurDig = 1;
11: for (nCurDig=1;nCurDig <= nComputeTo; nCurDig++)
12: nFactorial *= nCurDig;
13:
14: Console.WriteLine("{0}! is {1}",nComputeTo, nFactorial);
15: }
16: }

當你象這樣使用命令行執行程序時
factorial 2000

結果為0，什麼也沒有發生。因此，設想C#默默地處理溢出情況而不明確地警告你是安全的。
通過給整個應用程序（經編譯器開關）或於語句級允許溢出校驗，你就可以改變這種行為。以下兩節分別解決一種方案。
7.1.1 給溢出校驗設置編譯器
如果你想給整個應用程序控制溢出校驗，C#編譯器設置選擇是正是你所要找的。默認地，溢出校驗是禁用的。要明確地要求它，運行以下編譯器命令：
csc factorial.cs /checked+

現在當你用2000參數執行應用程序時，CLR通知你溢出異常（見圖 7.1）。

圖 7.1　允許了溢出異常，階乘代碼產生了一個異常。

　　按ＯＫ鍵離開對話框揭示了異常信息：
Exception occurred: System.OverflowException
at Factorial.Main(System.String[])

　　現在你了解了溢出條件引發了一個 System.OverflowException異常。下一節，在我們完成語法校驗之後，如何捕獲並處理所出現的異常？
7.1.2　語法溢出校驗
　　如果你不想給整個應用程序允許溢出校驗，僅給某些代碼段允許校驗，你可能會很舒適。對於這種場合，你可能象清單7.2中顯示的那樣，使用校驗語句。

清單 7.2　　階乘計算中的溢出校驗

1: using System;
2:
3: class Factorial
4: {
5: public static void Main(string[] args)
6: {
7: long nFactorial = 1;
8: long nComputeTo = Int64.Parse(args[0]);
9:
10: long nCurDig = 1;
11:
12: for (nCurDig=1;nCurDig <= nComputeTo; nCurDig++)
13: checked { nFactorial *= nCurDig; }
14:
15: Console.WriteLine("{0}! is {1}",nComputeTo, nFactorial);
16: }
17: }

　　甚至就如你運用標志 checked-編譯了該代碼，在第13行中，溢出校驗仍然會對乘法實現檢查。錯誤信息保持一致。

　　顯示相反行為的語句是非校驗（unchecked ）。甚至如果允許了溢出校驗（給編譯器加上checked+標志），被unchecked 語句所括住的代碼也將不會引發溢出異常：

unchecked
{
nFactorial *= nCurDig;
}

7.2 　異常處理語句
　　既然你知道了如何產生一個異常（你會發現更多的方法，相信我），仍然存在如何處理它的問題。如果你是一個 C++ WIN32 程序員，肯定熟悉SEH（結構異常處理）。你將從中找到安慰，Ｃ＃中的命令幾乎是相同的，而且它們也以相似的方式運作。

The following three sections introduce C#'s exception-handling statements:
以下三節介紹了Ｃ＃的異常處理語句：

。用 try-catch 捕獲異常
。用try-finally 清除異常
。用try-catch-finally 處理所有的異常

7.2.1 　使用 try 和 catch捕獲異常
　　你肯定會對一件事非常感興趣——不要提示給用戶那令人討厭的異常消息，以便你的應用程序繼續執行。要這樣，你必須捕獲（處理）該異常。
這樣使用的語句是try 和 catch。try包含可能會產生異常的語句，而catch處理一個異常，如果有異常存在的話。清單7.3 用try 和 catch為OverflowException 實現異常處理。

清單7.3 捕獲由Factorial Calculation引發的OverflowException 異常

1: using System;
2:
3: class Factorial
4: {
5: public static void Main(string[] args)
6: {
7: long nFactorial = 1, nCurDig=1;
8: long nComputeTo = Int64.Parse(args[0]);
9:
10: try
11: {
12: checked
13: {
14: for (;nCurDig <= nComputeTo; nCurDig++)
15: nFactorial *= nCurDig;
16: }
17: }
18: catch (OverflowException oe)
19: {
20: Console.WriteLine("Computing {0} caused an overflow exception", nComputeTo);
21: return;
22: }
23:
24: Console.WriteLine("{0}! is {1}",nComputeTo, nFactorial);
25: }
26: }

為了說明清楚，我擴展了某些代碼段，而且我也保證異常是由checked 語句產生的，甚至當你忘記了編譯器設置時。
正如你所見，異常處理並不麻煩。你所有要做的是：在try語句中包含容易產生異常的代碼，接著捕獲異常，該異常在這個例子中是OverflowException類型。無論一個異常什麼時候被引發，在catch段裡的代碼會注意進行適當的處理。
如果你不事先知道哪一種異常會被預期，而仍然想處於安全狀態，簡單地忽略異常的類型。

try
{
...
}
catch
{
...
}

但是，通過這個途徑，你不能獲得對異常對象的訪問，而該對象含有重要的出錯信息。一般化異常處理代碼象這樣：

try
{
...
}
catch(System.Exception e)
{
...
}

注意，你不能用ref或out 修飾符傳遞 e 對象給一個方法，也不能賦給它一個不同的值。

7.2.2 使用 try 和 finally 清除異常
如果你更關心清除而不是錯誤處理， try 和 finally 會獲得你的喜歡。它不僅抑制了出錯消息，而且所有包含在 finally 塊中的代碼在異常被引發後仍然會被執行。
盡管程序不正常終止，但你還可以為用戶獲取一條消息，如清單 7.4 所示。

清單 7.4 在finally 語句中處理異常

1: using System;
2:
3: class Factorial
4: {
5: public static void Main(string[] args)
6: {
7: long nFactorial = 1, nCurDig=1;
8: long nComputeTo = Int64.Parse(args[0]);
9: bool bAllFine = false;
10:
11: try
12: {
13: checked
14: {
15: for (;nCurDig <= nComputeTo; nCurDig++)
16: nFactorial *= nCurDig;
17: }
18: bAllFine = true;
19: }
20: finally
21: {
22: if (!bAllFine)
23: Console.WriteLine("Computing {0} caused an overflow exception", nComputeTo);
24: else
25: Console.WriteLine("{0}! is {1}",nComputeTo, nFactorial);
26: }
27: }
28: }

通過檢測該代碼，你可能會猜到，即使沒有引發異常處理，finally也會被執行。這是真的——在finally中的代碼總是會被執行的，不管是否具有異常條件。為了舉例說明如何在兩種情況下提供一些有意義的信息給用戶，我引進了新變量bAllFine。bAllFine告訴finally 語段，它是否是因為一個異常或者僅是因為計算的順利完成而被調用。
作為一個習慣了SEH程序員，你可能會想，是否有一個與__leave 語句等價的語句，該語句在C++中很管用。如果你還不了解，在C++中的__leave 語句是用來提前終止 try 語段中的執行代碼，並立即跳轉到finally 語段。
壞消息， C# 中沒有__leave 語句。但是，在清單 7.5 中的代碼演示了一個你可以實現的方案。

清單 7.5 從 try語句跳轉到finally 語句

1: using System;
2:
3: class JumpTest
4: {
5: public static void Main()
6: {
7: try
8: {
9: Console.WriteLine("try");
10: goto __leave;
11: }
12: finally
13: {
14: Console.WriteLine("finally");
15: }
16:
17: __leave:
18: Console.WriteLine("__leave");
19: }
20: }

當這個應用程序運行時，輸出結果為

try
finally
__leave

一個 goto 語句不能退出一個finally 語段。甚至把 goto 語句放在 try 語句段中，還是會立即返回控制到 finally 語段。因此，goto 只是離開了 try 語段並跳轉到finally 語段。直到 finally 中的代碼完成運行後，才能到達__leave 標簽。按這種方式，你可以模仿在SEH中使用的的__leave 語句。
順便地，你可能懷疑goto 語句被忽略了，因為它是try 語句中的最後一條語句，並且控制自動地轉移到了 finally 。為了證明不是這樣，試把goto 語句放到Console.WriteLine 方法調用之前。盡管由於不可到達代碼你得到了編譯器的警告，但是你將看到goto語句實際上被執行了，且沒有為 try 字符串產生的輸出。

7.2.3 使用try-catch-finally處理所有異常
應用程序最有可能的途徑是合並前面兩種錯誤處理技術——捕獲錯誤、清除並繼續執行應用程序。所有你要做的是在出錯處理代碼中使用 try 、catch 和 finally語句。清單 7.6 顯示了處理零除錯誤的途徑。

清單 7.6 實現多個catch 語句

1: using System;
2:
3: class CatchIT
4: {
5: public static void Main()
6: {
7: try
8: {
9: int nTheZero = 0;
10: int nResult = 10 / nTheZero;
11: }
12: catch(DivideByZeroException divEx)
13: {
14: Console.WriteLine("divide by zero occurred!");
15: }
16: catch(Exception Ex)
17: {
18: Console.WriteLine("some other exception");
19: }
20: finally
21: {
22: }
23: }
24: }

這個例子的技巧為，它包含了多個catch 語句。第一個捕獲了更可能出現的DivideByZeroException異常，而第二個catch語句通過捕獲普通異常處理了所有剩下來的異常。
你肯定總是首先捕獲特定的異常，接著是普通的異常。如果你不按這個順序捕獲異常，會發生什麼事呢？清單7.7中的代碼有說明。

清單7.7 順序不適當的 catch 語句

1: try
2: {
3: int nTheZero = 0;
4: int nResult = 10 / nTheZero;
5: }
6: catch(Exception Ex)
7: {
8: Console.WriteLine("exception " + Ex.ToString());
9: }
10: catch(DivideByZeroException divEx)
11: {
12: Console.WriteLine("never going to see that");
13: }

編譯器將捕獲到一個小錯誤，並類似這樣報告該錯誤：
wrongcatch.cs(10,9): error CS0160: A previous catch clause already
catches all exceptions of this or a super type ('System.Exception')

最後，我必須告發CLR異常與SEH相比時的一個缺點（或差別）：沒有 EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION標識符的等價物，它在SEH異常過濾器中很有用。基本上，EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION 允許你重新執行負責異常的代碼片段。在重新執行之前，你有機會更改變量等。我個人特別喜歡的技術為，使用訪問違例異常，按需要實施內存分配。

7.3 引發異常
當你必須捕獲異常時，其他人首先必須首先能夠引發異常。而且，不僅其他人能夠引發，你也可以負責引發。其相當簡單：

throw new ArgumentException("Argument can't be 5");
你所需要的是throw 語句和一個適當的異常類。我已經從表7.1提供的清單中選出一個異常給這個例子。

表 7.1 Runtime提供的標准異常

異常類型描述

Exception 所有異常對象的基類
SystemException 運行時產生的所有錯誤的基類
IndexOutOfRangeException 當一個數組的下標超出范圍時運行時引發
NullReferenceException 當一個空對象被引用時運行時引發
InvalidOperationException 當對方法的調用對對象的當前狀態無效時，由某些方法引發
ArgumentException 所有參數異常的基類
ArgumentNullException 在參數為空（不允許）的情況下，由方法引發
ArgumentOutOfRangeException 當參數不在一個給定范圍之內時，由方法引發
InteropException 目標在或發生在CLR外面環境中的異常的基類
ComException 包含COM 類的HRESULT信息的異常
SEHException 封裝win32 結構異常處理信息的異常

然而，在catch語句的內部，你已經有了隨意處置的異常，就不必創建一個新異常。可能在表7.1 中的異常沒有一個符合你特殊的要求——為什麼不創建一個新的異常？在即將要學到小節中，都涉及到這兩個話題。

7.3.1 重新引發異常
當處於一個catch 語句的內部時，你可能決定引發一個目前正在再度處理的異常，留下進一步的處理給一些外部的try-catch 語句。該方法的例子如清單7.8所示。

清單 7.8 重新引發一個異常

1: try
2: {
3: checked
4: {
5: for (;nCurDig <= nComputeTo; nCurDig++)
6: nFactorial *= nCurDig;
7: }
8: }
9: catch (OverflowException oe)
10: {
11: Console.WriteLine("Computing {0} caused an overflow exception", nComputeTo);
12: throw;
13: }

注意，我不必規定所聲明的異常變量。盡管它是可選的，但你也可以這樣寫：
throw oe;
現在有時還必須留意這個異常。

7.3.2 創建自己的異常類
盡管建議使用預定義的異常類，但對於實際場合，創建自己的異常類可能會方便。創建自己的異常類，允許你的異常類的使用者根據該異常類采取不同的手段。
在清單 7.9 中出現的異常類 MyImportantException遵循兩個規則：第一，它用Exception結束類名。第二，它實現了所有三個被推薦的通用結構。你也應該遵守這些規則。
清單 7.9 實現自己的異常類 MyImportantException

1: using System;
2:
3: public class MyImportantException:Exception
4: {
5: public MyImportantException()
6: :base() {}
7:
8: public MyImportantException(string message)
9: :base(message) {}
10:
11: public MyImportantException(string message, Exception inner)
12: :base(message,inner) {}
13: }
14:
15: public class ExceptionTestApp
16: {
17: public static void TestThrow()
18: {
19: throw new MyImportantException("something bad has happened.");
20: }
21:
22: public static void Main()
23: {
24: try
25: {
26: ExceptionTestApp.TestThrow();
27: }
28: catch (Exception e)
29: {
30: Console.WriteLine(e);
31: }
32: }
33: }

正如你所看到的，MyImportantException 異常類不能實現任何特殊的功能，但它完全基於System.Exception類。程序的剩余部分測試新的異常類，給System.Exception 類使用一個catch 語句。
如果沒有特殊的實現而只是給MyImportantException定義了三個構造函數，創建它又有什麼意義呢？它是一個重要的類型——你可以在catch語句中使用它，代替更為普通的異常類。可能引發你的新異常的客戶代碼可以按規定的catch代碼發揮作用。
當使用自己的名字空間編寫一個類庫時，也要把異常放到該名字空間。盡管它並沒有出現在這個例子中，你還是應該使用適當的屬性，為擴展了的錯誤信息擴充你的異常類。

7.4 異常處理的“要”和“不要”
作為最後的忠告之語，這裡是對異常引發和處理所要做和不要做的清單：
。當引發異常時，要提供有意義的文本。
。要引發異常僅當條件是真正異常；也就是當一個正常的返回值不滿足時。
。如果你的方法或屬性被傳遞一個壞參數，要引發一個ArgumentException異常。
。當調用操作不適合對象的當前狀態時，要引發一個 InvalidOperationException異常。
。要引發最適合的異常。
。要使用鏈接異常，它們允許你跟蹤異常樹。
。不要為正常或預期的錯誤使用異常。
。不要為流程的正常控制使用異常。
。不要在方法中引發 NullReferenceException或IndexOutOfRangeException異常。

7.5 小結
這一章由介紹溢出校驗開始。你可以使用編譯器開關（默認是關），使整個應用程序允許或禁止溢出校驗。如果需要微調控制，你可以使用校驗和非校驗語句，它允許你使用或不使用溢出校驗來執行一段代碼，盡管沒有給應用程序設置開關。
當發生溢出時，一個異常就被引發了。如何處理異常取決於你。我提出了各種途徑，包括你最有可能貫穿整個應用程序使用的：try、catch 和finally 語句。在伴隨的多個例子中，你學到了它與WIN32結構異常處理（SEH）的差別。
異常處理是給類的用戶；然而，如果你負責創建新的類，就可以引發異常。有多種選擇：引發早已捕獲的異常，引發存在的框架異常，或者按規定的實際目標創建新的異常類。
最後，你需要閱讀引發和處理異常的各種“要”和“不要”。