第七章 异常处理
通用语言运行时(CLR)具有的一个很大的优势为异常处理是跨语言被标准化的。一个在C#中所引发的异常可以在Visual Basic客户中得到处理。不再有 HRESULTs 或者 ISupportErrorInfo 接口。
尽管跨语言异常处理的覆盖面很广,但这一章完全集中讨论C#异常处理。你稍为改变编译器的溢出处理行为,接着有趣的事情就开始了:你处理了该异常。要增加更多的手段,随后引发你所创建的异常。
7.1 检查和非检查语句(checked and unchecked statements)
当你执行运算时,有可能会发生计算结果超出结果变量数据类型的有效范围。这种情况被称为溢出,依据不同的编程语言,你将被以某种方式通知——或者根本就没有被通知。(C++程序员听起来熟悉吗?)
那么,C#如何处理溢出的呢? 要找出其默认行为,请看我在这本书前面提到的阶乘的例子。(为了方便其见,前面的例子再次在清单 7.1 中给出)
清单 7.1 计算一个数的阶乘
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: }
当你象这样使用命令行执行程序时
factorial 2000
结果为0,什么也没有发生。因此,假定C#默默地处理溢出情况而不明确地警告你是安全的。
通过对整个应用程序(经编译器开关)或在语句级允许溢出检查,你就可以改变这种行为。以下两节分别解决一种方案。
7.1.1溢出检查的编译器设置
如果你想控制整个应用程序的溢出检查,C#编译器设置选项正是你所要找的。默认地,溢出检查是禁用的。要明确地请求它,运行以下编译器命令:
csc factorial.cs /checked+
现在当你用2000参数执行应用程序时,CLR通知你溢出异常(见图 7.1)。
图 7.1允许了溢出异常,阶乘代码产生了一个异常。
按确定键离开对话框出现了异常信息:
Exception occurred: System.OverflowException
at Factorial.Main(System.String[])
现在你了解了溢出条件引发了一个 System.OverflowException异常。下一节,在我们完成语法检查之后,如何捕获并处理所出现的异常?
7.1.2语法溢出检查
如果你不想对整个应用程序进行溢出检查,那么只允许对某些代码段进行检查便可,这样可能会很顺畅。在这种场合下,你可能象清单7.2中显示的那样使用检查语句。
清单 7.2阶乘计算中的溢出检查
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: }
纵使你运用标志 checked- 编译了该代码,在第13行中,溢出检查仍然会对乘法实施检查,因为checked 语句已经括住了它。将会出现相同的错误信息。
显示相反行为的语句是unchecked 。甚至如果允许了溢出检查(给编译器加上checked+标志),被unchecked 语句所括住的代码也将不会引发溢出异常:
unchecked
{
nFactorial *= nCurDig;
}
7.2 异常处理语句
既然你知道了如何产生一个异常(你会发现更多的方法,相信我),仍然存在如何处理它的问题。如果你是一个 C++ WIN32 程序员,肯定熟悉SEH(结构异常处理)。令人感到欣慰的是,C#中的命令几乎是相同的,而且它们也以相似的方式运作。
以下三节介绍了C#的异常处理语句:
。用 try-catch 捕获异常
。用try-finally 清除异常
。用try-catch-finally 处理所有的异常
7.2.1 使用 try 和 catch捕获异常
你肯定会对一件事非常感兴趣——不要给用户提示那些令人讨厌的异常消息,以便你的应用程序继续执行。要这样,你必须捕获(处理)该异常。
要用到的语句是try 和 catch。try包含可能会产生异常的语句,而catch处理一个异常,如果有异常存在的话。清单7.3 用try 和 catch为OverflowException 实现异常处理。
清单7.3 捕获由 Factorial Calculation引发的OverflowException 异常
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: }
为了说明清楚,我扩展了某些代码段,而且我也保证异常是由checked 语句产生的,甚至当你忘记了编译器设置时。
正如你所见,异常处理并不麻烦。你所有要做的是:在try语句中包含容易产生异常的代码,接着捕获异常,该异常在这个例子中是OverflowException类型。无论一个异常什么时候被引发,在catch段里的代码会注意进行适当的处理。
如果你不事先知道哪一种异常会被预期,而仍然想处于安全状态,简单地忽略异常的类型。
try
{
...
}
catch
{
...
}
但是,通过这个途径,你不能获得对异常对象的访问,而该对象含有重要的出错信息。一般化异常处理代码象这样:
try
{
...
}
catch(System.Exception e)
{
...
}
注意,你不能用 ref 或 out 修饰符传递 e 对象给一个方法,也不能赋于它一个不同的值。
7.2.2 使用 try 和 finally 清除异常
如果你更关心清除而不是错误处理, try 和 finally 会获得你的喜欢。尽管它并没有抑制出错信息,但包含在 finally 块中的代码在异常被引发后仍然会被执行。
尽管程序不正常终止,但你还可以给用户提供一条消息,如清单 7.4 所示。
清单 7.4 在finally 语句中处理异常
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: }
通过测试该代码,你可能会猜到,即使没有引发异常处理,finally也会被执行。这是真的——在finally中的代码总是会被执行的,不管是否具有异常条件。为了举例说明如何在两种情况下提供一些有意义的信息给用户, 我引进了新变量bAllFine。bAllFine告诉finally 语块,它是否因为一个异常或者仅是因为计算的顺利完成而被调用。
作为一个习惯了SEH程序员,你可能会想,是否有一个与C++中很管用的__leave 语句等价的语句。如果你还不了解,这里说明一下:在C++中的__leave 语句是用来提前终止 try 语段中的执行代码,并立即跳转到finally 语段 。
坏消息! C# 中并没有__leave 语句。但是,在清单 7.5 中的代码演示了一个你可以实现的方案。
清单 7.5 从 try语句 跳转到finally 语句
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: }
当这个应用程序运行时,输出结果为
try
finally
__leave
一个 goto 语句不能退出 一个finally 语块。甚至把 goto 语句放在 try 语句块中,还是会立即返回控制到 finally 语块。因此,goto 只是离开了 try 语块并跳转到finally 语块。直到 finally 中的代码完成运行后,才能到达__leave 标签。按这种方式,你可以模仿在SEH中使用的的__leave 语句。
顺便地,你可能怀疑goto 语句被忽略了,因为它是try 语句中的最后一条语句,并且控制自动地转移到了 finally 。为了证明不是这样,试把goto 语句放到Console.WriteLine 方法调用之前。尽管由于存在着不可到达代码,使你得到了编译器的警告,但是你将看到goto语句实际上被执行了,而没有产生“try”字符串的输出。
7.2.3 使用try-catch-finally处理所有异常
应用程序最有可能的途径是合并前面两种错误处理技术——捕获错误、清除并继续执行应用程序。所有你要做的是在出错处理代码中使用 try 、catch 和 finally语句。清单 7.6 显示了处理零除错误的途径。
清单 7.6 实现多个catch 语句
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: }
这个例子的技巧为,它包含了多个catch 语句。第一个捕获了更可能出现的DivideByZeroException异常,而第二个catch语句通过捕获普通异常处理了所有剩下来的异常。
你肯定总是首先捕获特定的异常,接着是普通的异常。如果你不按这个顺序捕获异常,会发生什么事呢?清单7.7中的代码有说明。
清单7.7 顺序不适当的 catch 语句
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: }
编译器将捕获到一个小错误,并类似这样报告该错误:
wrongcatch.cs(10,9): error CS0160: A previous catch clause already
catches all exceptions of this or a super type ('System.Exception')
意思为:
wrongcatch.cs(10,9): 错误代码 CS0160: 前面的catch语句早已捕获了这个或高级类型('System.Exception')的所有异常。
最后,我必须报导CLR异常与SEH相比时的一个缺点(或差别):没有在SEH异常过滤器中很有用的EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION标识符的等价物。基本上,EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION 允许你重新执行负责异常的代码片段。在重新执行之前,你有机会更改变量等。我个人特别喜欢的技术为:通过使用存取违例异常,按需要实施内存分配。
7.3 引发异常
当你不得不捕获异常时,其他人首先必须首先能够引发异常。而且,不仅其他人能够引发,你也可以负责引发。其相当简单:
throw new ArgumentException("Argument can't be 5");
你所需要的是throw 语句和一个适合的异常类。我已经从表7.1提供的清单中为这个例子选出一个异常。
表 7.1 Runtime提供的标准异常
异常类型
描述
Exception
所有异常对象的基类
SystemException
运行时产生的所有错误的基类
IndexOutOfRangeException
当一个数组的下标超出范围时在运行时被引发
NullReferenceException
当一个空对象被引用时在运行时被引发
InvalidOperationException
当对方法的调用对对象的当前状态无效时,由某些方法引发
ArgumentException
所有参数异常的基类
ArgumentNullException
在参数为空(不允许)的情况下,由方法引发。
ArgumentOutOfRangeException
当参数不在一个给定范围之内时,由方法引发
InteropException
目标在或发生在CLR外面的异常的基类
ComException
包含COM 类的HRESULT信息的异常
SEHException
封装win32 结构异常处理信息的异常
然而,在catch语句的内部,你已经有了随意处置的异常,就不必创建一个新异常。可能在表7.1 中的异常没有一个符合你特殊的要求——为什么不创建一个新的异常?在即将要学到小节中,都涉及到这两个话题。
7.3.1 重新引发异常
当处于一个catch 语句的内部时,你可能决定引发一个目前正在再度处理的异常,进一步的处理留给一些外部的try-catch 语句。该方法的例子如 清单7.8所示。
清单 7.8 重新引发一个异常
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,我不必规定所声明的异常变量。尽管它是可选的,但你也可以这样写:
throw oe;
现在我们还必须留意这个异常。
7.3.2 创建自己的异常类
尽管建议使用预定义的异常类,但在实际场合,创建自己的异常类可能会很方便。创建自己的异常类,允许你的异常类的使用者根据该异常类采取不同的手段。
在清单 7.9 中出现的异常类 MyImportantException遵循两个规则:第一,它用Exception结束类名。第二,它实现了所有三个被推荐的通用结构。你也应该遵守这些规则。
清单 7.9 实现自己的异常类 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 异常类不能实现任何特殊的功能,但它完全基于System.Exception类。使用一条catch 语句于System.Exception 类,程序的剩余部分测试新的异常类。
如果没有特殊的实现而只是给MyImportantException定义了三个构造函数,创建它又有什么意义呢?它是一个重要的类型——你可以在catch语句中使用它,代替更为普通的异常类。可能引发你的新异常的客户代码可以按规定的catch代码起作用。
当使用自己的名字空间编写一个类库时,也要把异常放到该名字空间中。尽管它并没有出现在这个例子中,你还是应该使用适当的属性,为扩展了的错误信息扩充你的异常类。
7.4 异常处理的“要”和“不要”
作为最后的忠告之语,这里是对异常引发和处理所要做和不要做的清单:
。要提供有意义的文本,当引发异常时。
。要引发异常,仅当条件是真正异常,也就是当一个正常的返回值不满足时。
。要引发一个ArgumentException异常, 如果你的方法或属性被传递一个坏参数时。
。要引发一个 InvalidOperationException异常,当调用操作不适合对象的当前状态时。
。要引发最适合的异常。
。要使用链表异常,它们允许你跟踪异常树。
。不要为正常或预期的错误使用异常。
。不要为流程的正常控制使用异常。
。不要在方法中引发 NullReferenceException或IndexOutOfRangeException异常。
7.5 小结
这一章由介绍溢出检查开始。你可以使用编译器开关(默认是关),使整个应用程序允许或禁止溢出检查。如果需要微调控制,你可以使用检查和非检查语句,它允许你用或不用溢出检查来执行一段代码,尽管没有设置应用程序开关。
当发生溢出时,一个异常就被引发了。如何处理异常取决于你。我提到了各种途径,包括你最有可能贯穿整个应用程序中使用的:try、catch 和finally 语句。在伴随的多个例子中,你学到了它与WIN32结构异常处理(SEH)的差别。
异常处理供类的用户使用; 然而,如果你负责创建新的类,就可以引发异常。有多种选择:引发早已捕获的异常,引发存在的框架异常,或者按规定的实际目标创建新的异常类。
最后,你需要阅读引发和处理异常的每一条“要”和“不要”。