7.2 错误处理
本章的第一部分讨论如何在应用程序的开发过程中查找和改正错误，使这些错误不会在发布的代码中出现。但有时，我们知道可能会有错误发生，但不能100%地肯定它们不会发生。此时，最好能预料到错误的发生，编写足够健壮的代码以处理这些错误，而不必中断程序的执行。
错误处理就是用于这个目的。本节将介绍异常和处理它们的方式。异常是在运行期间代码中产生的错误，或者由代码调用的函数产生的错误。这里的“错误”定义要比以前更含糊，因为异常可能是在函数等结构中手工产生的。例如，如果函数的一个字符串参数不是以a开头，就产生一个异常。严格来讲，从该函数的外部看这并不是一个错误，但调用该函数的代码会把它看成错误。
在本书前面已经遇到几次异常了。最简单的示例是试图定位一个超出范围的数组元素，例如：
int[] myArray = { 1, 2, 3, 4 };
int myElem = myArray[4];
这会产生如下异常信息，并中断应用程序的执行：
Index was outside the bounds of the array.
异常在名称空间中定义，大多数异常的名称清晰地说明了它们的用途。在这个示例中，产生的异常称为System.IndexOutOfRangeException，说明我们提供的myArray数组索引不在允许使用的索引范围内。只有在异常未处理时，这个信息才会显示出来，应用程序也才会中断执行。下一节将讨论如何处理异常。
7.2.1 try...catch...finally
C#语言包含结构化异常处理（Structured Exception Handling, SEH）的语法。用3个关键字可以标记出能处理异常的代码和指令，如果发生异常，就使用这些指令处理异常。用于这个目的的3个关键字是try、catch和finally。它们都有一个关联的代码块，必须在连续的代码行中使用。其基本结构如下：
try
{
...
}
catch (<exceptionType> e) when (filterIsTrue)
{
<await methodName(e); >
...
}
finally
{
<await method name>
...
}
也可以在catch或finally块内使用C# 6引入的await。await关键字用于支持先进的异步编程技术，避免瓶颈，且可以提高应用程序的总体性能和响应能力。利用async和await关键字的异步编程在本书中不讨论；然而，这些关键字简化了这个编程技术的实现，所以强烈建议学习它们。
也可以只有try块和finally块，而没有catch块，或者有一个try块和好几个catch块。如果有一个或多个catch块，finally块就是可选的，否则就是必需的。这些代码块的用法如下：
● try—— 包含抛出异常的代码（在谈到异常时，C#语言用“抛出”这个术语表示“生成”或“导致”）。
● catch——包含抛出异常时要执行的代码。catch块可以使用<exceptionType>，设置为只响应特定的异常类型（如System.IndexOutOfRangeException），以便提供多个catch块。还可以完全省略这个参数，让通用的catch块响应所有异常。C# 6引入了一个概念“异常过滤”，通过在异常类型表达式后添加when关键字来实现。如果发生了该异常类型，且过滤表达式是true，就执行catch块中的代码。
● finally——包含始终会执行的代码，如果没有产生异常，则在try块之后执行，如果处理了异常，就在catch块后执行，或者在未处理的异常“上移到调用堆栈”之前执行。“上移到调用堆栈”表示，SEH允许嵌套try…catch…finally块，可以直接嵌套，也可以在try块包含的函数调用中嵌套。例如，如果在被调用的函数中没有catch块能处理某个异常，就由调用代码中的catch块处理。如果始终没有匹配的catch块，就终止应用程序。finally块在此之前处理正是其存在的意义，否则也可以在try…catch…finally结构的外部放置代码。
在try块的代码中出现异常后，依次发生的事件如下，如图7-18所示：
● try块在发生异常的地方中断程序的执行。
● 如果有catch块，就检查该块是否匹配已抛出的异常类型。如果没有catch块，就执行finally块（如果没有catch块，就一定要有finally块）。
● 如果有catch块，但它与已发生的异常类型不匹配，就检查是否有其他catch块。
● 如果有catch块匹配已发生的异常类型，且有一个异常过滤器是true，就执行它包含的代码，再执行finally块（如果有的话）。
● 如果有catch块匹配已发生的异常类型，但没有异常过滤器，就执行它包含的代码，再执行finally块（如果有的话）。
● 如果catch块都不匹配已发生的异常类型，就执行finally块（如果有的话）。
图7-18
注意：如果存在两个处理相同异常类型的catch块，就只执行异常过滤器为true的catch块中的代码。如果还存在一个处理相同异常类型的catch块，但没有异常过滤器或异常过滤器是false，就忽略它。只执行一个catch块的代码，catch块的顺序不影响执行流。
下面用一个示例来说明异常处理。这个示例以几种方式抛出和处理异常，以便读者了解其机制。
试一试：异常处理：Ch07Ex02\Program.cs
（1）在C:\BegVCSharp\Chapter07目录中创建一个新的控制台应用程序Ch07Ex02。
（2）修改代码，如下所示（这里显示的行号注释有助于将代码与后面讨论的内容联系起来，在本章的可下载代码中也包含这些行号，以方便参考）：
class Program
{
static string[] eTypes = { "none", "simple", "index",
"nested index", "filter" };
static void Main(string[] args)
{
foreach (string eType in eTypes)
{
try
{
WriteLine("Main() try block reached."); // Line 21
WriteLine($"ThrowException(\"{eType}\") called.");
ThrowException(eType);
WriteLine("Main() try block continues."); // Line 23
}
catch (System.IndexOutOfRangeException e) when (eType == "filter")
{
WriteLine("Main() FILTERED System.IndexOutOfRangeException" +
$"catch block reached. Message:\n\"{e.Message}\");
}
catch (System.IndexOutOfRangeException e) // Line 32
{
WriteLine("Main() System.IndexOutOfRangeException catch " +
$"block reached. Message:\n\"{e.Message}\");
}
catch // Line 36
{
WriteLine("Main() general catch block reached.");
}
finally
{
WriteLine("Main() finally block reached.");
}
WriteLine();
}
ReadKey();
}
static void ThrowException(string exceptionType)
{
WriteLine($"ThrowException(\"{exceptionType}\") reached.");
switch (exceptionType)
{
case "none":
WriteLine("Not throwing an exception.");
break; // Line 57
case "simple":
WriteLine("Throwing System.Exception.");
throw new System.Exception(); // Line 60
case "index":
WriteLine("Throwing System.IndexOutOfRangeException.");
eTypes[5] = "error"; // Line 63
break;
case "nested index":
try // Line 66
{
WriteLine("ThrowException(\"nested index\") " +
"try block reached.");
WriteLine("ThrowException(\"index\") called.");
ThrowException("index"); // Line 71
}
catch // Line 73
{
WriteLine("ThrowException(\"nested index\") general"
+ " catch block reached.");
}
finally
{
WriteLine("ThrowException(\"nested index\") finally"
+ " block reached.");
}
break;
case "filter":
try // Line 86
{
WriteLine("ThrowException(\"filter\") " +
"try block reached.");
WriteLine("ThrowException(\"index\") called.");
ThrowException("index"); // Line 91
}
catch // Line 93
{
WriteLine("ThrowException(\"filter\") general"
+ " catch block reached.");
throw;
}
break;
}
}
}
（3）运行应用程序，结果如图7-19所示。
图7-19
示例说明
这个应用程序在Main（）中有一个try块，它调用函数ThrowException（）。这个函数会根据调用时使用的参数抛出异常：
● ThrowException（"none"）—— 不抛出异常。
● ThrowException（"simple"）—— 生成一般异常。
● ThrowException（"index"）—— 生成System.IndexOutOfRangeException异常。
● ThrowException（"nested index"）——包含它自己的try块，其中的代码调用ThrowException（"index"），生成System.IndexOutOfRangeException异常。
● ThrowException（"filter"）—— 包含自己的try块，try块包含的代码调用ThrowException（"index"）来生成System. IndexOutOfRangeException异常，在其中异常过滤器是true。
其中的每个string参数都存储在全局数组eTypes中，在Main（）函数中迭代，用每个可能的参数调用ThrowException（）。在迭代过程中，会把各种信息写到控制台，说明发生了什么情况。这段代码可以使用本章前面介绍的代码单步执行技巧。在执行代码的过程中，一次执行一行代码可以确切地了解代码的执行进度。
注意：上面代码清单的步骤（2）未列出一条throw语句。这两条语句在ThrowException（string exceptionType）方法中抛出异常，以激活Main（）方法中的catch块。这更好地演示了C# 6中新引入的异常过滤功能。
在代码的第21行添加一个新断点（用默认的属性），该行代码如下：
WriteLine("Main() try block reached.");
注意：这里使用了本章可下载代码中的行号来表示代码。如果关闭了行号，可以选择Tools|Options，在Text Editor | C# | General选项区域打开它们。上面的代码在注释中包含行号，这样读者在阅读这里的说明时就不需要打开文件。
在调试模式下运行应用程序。程序立即进入中断模式，此时光标停在第20行上。如果选择变量监视窗口中的Locals选项卡，就会看到eType当前是none。使用Step Into按钮处理第21和第22行，看看第一行文本是否已经写到控制台。接着使用Step Into按钮单步执行第23行的ThrowException（）函数。
执行到ThrowException（）函数后，Locals窗口会发生变化。eType和args超出了作用域（因为它们是Main（）的局部变量），我们看到的是exceptionType局部参数，它当然是none。继续单击Step Into，到达switch语句，检查exceptionType的值，执行代码，把字符串Not throwing an exception写到屏幕上。在执行第57行上的break语句时，将退出函数，继续处理Main（）中的第24行代码。因为没有抛出异常，所以继续执行try块。
接着处理finally块。再单击Step Into几次，执行完finally块和foreach的第一次循环。下次执行到第23行时，使用另一个参数simple调用ThrowException（）。
继续使用Step Into单步执行ThrowException（），最终会执行到第60行：
throw new System.Exception();
这里使用C#的throw关键字生成一个异常，需要为这个关键字提供新初始化的异常作为其参数，抛出一个异常，这里使用System名称空间中的另一个异常System.Exception。
注意：在case块中使用throw时，不需要break语句，使用throw就可以结束该块的执行。
在使用Step Into执行这条语句时，将从第36行开始执行一般的catch块。因为与第26行开始的catch块都不匹配，所以执行这个一般的catch块。单步执行这段代码，然后执行finally块，最后返回到另一个循环周期，该循环在第23行用一个新参数调用ThrowException（），这次的参数是index。
这次ThrowException（）在第63行生成一个异常：
eTypes[5] = "error";
eTypes是一个全局数组，所以可以在这里访问它。但是这里试图访问数组中的第6个元素（其索引从0开始计数），这会生成一个System.IndexOutOfRangeException异常。
这次Main（）中有多个匹配的catch块，其中第26行的一个catch块有异常过滤器（eType =="filter"），第26行的另一个catch块没有异常过滤器。存储在eType中的值当前是"index"，因此异常过滤器是false，跳过这个catch块。
单步执行到下一个catch块，从第32行开始。这个块中调用的WriteLine（）使用e.Message，输出存储在异常中的消息（可以通过catch块的参数访问异常）。之后再次单步执行finally块（而不是第二个catch块，因为异常已经处理完毕）。返回循环，再次调用第23行的ThrowException（）。
在执行到ThrowException（）中的switch结构时，进入一个新的try块，从第66行开始。在执行到第71行时，将遇到ThrowException（）的一个嵌套调用，这次使用index参数。可以使用Step Over按钮跳过其中的代码行，因为前面已经单步执行过了。与前面一样，这个调用生成一个System.IndexOutOfRangeException异常。但这个异常在ThrowException（）中的嵌套try...catch...finally结构中处理。这个结构没有明确匹配这种异常的catch块，所以执行一般的catch块（从第73行开始）。
继续单步执行代码，这次到达ThrowException（）中的switch结构时，进入一个新的try块，从第86行开始。到达第91行时，和以前一样，执行一个嵌套调用ThrowException（）。但是，这次处理Main（）中System. IndexOutOfRangeException异常的catch块会检查过滤表达式（eType = = "filter"），其结果是true，所以执行该catch块，不是处理System. IndexOutOfRangeException的、没有异常过滤器的catch块。
与前面的异常处理一样，现在单步执行这个catch块，以及关联的finally块，最后返回到函数调用的末尾处。但是它们有一个重要区别：抛出的异常是由ThrowException（）中的代码处理的。这就是说，异常并没有留给Main（）处理，所以直接进入finally块，之后应用程序中断执行。
7.2.2 列出和配置异常
.NET Framework包含许多异常类型，可以在代码中自由抛出和处理这些类型的异常。IDE提供了一个Exceptions对话框，可以检查和编辑可用的异常。使用Debug | Exceptions菜单项（或按下Ctrl+D, E）可打开该对话框，如图7-20所示。
该对话框按照类别和.NET库名称空间列出异常。展开Common Language Runtime Exceptions的加号，就可以看到System名称空间中的异常，这个列表包括上面使用的System.IndexOutOf-RangeException异常。
每个异常都可以使用右边的复选框来配置。使用（break when）Thrown时，即使是对于已处理的异常，也会进入调试器。
图7-20