C#语言学习笔记11 —— 异常和异常处理
异常和异常处理
异常概述
从分类来说，异常可以由硬件产生（如除数为0），也可以由软件产生（如参数非法）; 可以由内核模式下的代码产生，也可以由用户模式下的代码产生。 另外，异常还可以分为系统级别的异常和应用程序级别的异常。
和其它高级语言一样，C# 语言提供了一个结构化的、统一的、类型安全的异常处理机制。
对于 C# 语言，从代码角度，异常可来源于语言运行时（common language runtime，简称 CLR）、DotNet 自身、第三方库、应用代码本身。
C# 语言异常机制的语法
总的来说，C# 异常处理由语句（或子句） try、catch、finally、throw 等构成。
一个典型的 try 语句的语法如下所示：
异常的数据类型
C# 的异常是类型安全的，所有异常类型都直接或间接地从共同基类 System.Exception 派生。
常见的一些异常类型有：
System.ArithmeticException、
System.ArrayTypeMismatchException、
System.DivideByZeroException、
System.IndexOutOfRangeException、
System.InvalidCastException、
System.NullReferenceException、
System.OutOfMemoryException， 等等。
示例：捕获多个异常
try 子句后面可以跟多个 catch 子句，每个 catch 子句指定不同的异常类型。 捕获的时候，从前往后，依次匹配 catch 子句，条件满足即匹配成功，成功仅需一个。 因此，如果要捕获的多个异常类型，如果存在派生关系，需要把最具体的类型排在前面，最一般的类型排在后面。
示例：带有 finally 子句
try 语句可以带有一个 finally 子句。finally 子句是可选的，可以没有。 finally 子句又称终止器（termination handler），它总会被执行。 如果 try 不产生异常，执行完 try 的最后一个语句后，接着执行 finally 子句。 如果 try 产生异常，执行完对应的 catch 后，接着执行 finally 子句。 finally 常用来放置一些最后必须要执行的动作，比如释放资源等。
示例：抛出异常
使用 throw 语句抛出异常。"throw new <新的异常>;"，创建新的异常并抛出； "throw;" 重新抛出当前异常。
例如，在函数中，根据条件判断，主动抛出异常：
又例如，在给属性赋非法值时抛出异常：
示例：使用自定义异常类型
要自定义一个异常类型，需要声明一个类，继承于 System.Exception，或继承于 System.Exception 的派生类。
大多数第三方类库都使用了自定义异常类型。
下面是一个使用自定义异常类型的简单例子：
示例：使用 when 异常过滤（exception filter）
在 catch 异常类型的时候，可以加上 when 表达式，当类型匹配且表达式返回 true 时，匹配成功。
同一个异常类型，可以加上不同的 when 表达式。
示例：在 async / await 中使用异常
当在 async / await 中使用异常时，需要注意一点，尽管异常可能已经在异步执行中产生，但只有在执行到 await 时， 产生的异常这时才传导过来。
示例：捕获所有异常
有些时候，我们需要在一个方法中捕获所有异常。 比如一个需要长时间运行的程序，希望不管发生什么异常，它都不终止运行。 这是，可以在应用入口函数中捕获所有异常。
为了捕获所有异常，可以采用 catch(Exception) 这种形式，因为 Exception 是所有异常的基类， 所以它能匹配所有的异常类型。或者，使用不带类型的 catch 子句。
异常机制和其它错误处理方式的比较
方式1、通过函数返回值或传出参数，传递错误信息
优点：
- 开销小，主要花在参数传递。
- 线程安全，可用于多线程环境。
缺点：
- 传递的方式不统一，需要文档辅助说明。
- 如果隔层处理错误，需要在错误处理层和错误产生层之间，层层传递同一个错误信息，比较繁琐、枯燥乏味。
方式2、通过类似全局变量的方式，传递错误信息
优点：
- 开销小，主要在参数传递，而且只传一次。
- 如果隔层处理错误，不需额外传递错误信息，可直接访问。
缺点：
- 非线程安全，很难甚至不能用于多线程环境。
- 就算是单线程、也容易因处理不当而产生错误。
- 只适合一些比较特殊的场景。
方式3、使用异常处理机制
优点：
- 处理方式统一，类型安全。
- 线程安全，可用于多线程环境。
- 错误产生和错误处理互不依赖，只需关心自己的需要，很方便。
缺点：
- 开销比参数传递要多一些，在异常产生时，需要保存一些调用现场，然后需要逐层检查调用堆栈，以便寻找匹配的异常处理入口。
因为异常机制有许多优点，开销其实也不算太大，实际中得到大量应用。在模块化软件设计中，更是普遍使用。所以，已经成为了一种标准。
结束语
C# 的异常处理，可以帮助开发人员方便、优雅、安全地开发软件。
