Глава 16. Исключения

16.1. О механизме исключений

Язык C#, как и некоторые предшествующие ему языки программирования,

включает механизм генерации и обработки исключений.

Прежде чем объяснить, что такое исключения

"исключения" , и каковы

средства для работы с исключениями, необходимо обратить внимание на отличие

ошибок в программе от особых ситуаций, которые могут возникнуть при её

выполнении. Ошибка в программе это производственный брак, допущенный при

проектировании

или

кодировании

программы .

Синтаксические

ошибки

"ошибки:синтаксические ошибки" \y "ошибки" позволяют выявить компилятор, и

до

их

устранения

программа

неработоспособна

.

Семантические

"ошибки:семантические ошибки" \y "ошибки"

или логические ошибки

"ошибки:логические ошибки" \y "ошибки"

выявляются в процессе отладки и

тестирования исполняемой программы. И синтаксические и логические ошибки

должны быть устранены до завершения разработки программы. Механизм

исключений к ним не имеет никакого отношения.

Однако такое событие как выход индекса за граничную пару при попытке

обращения к элементу массива зачастую предугадать (выявить) на этапе

компиляции нельзя. Подобным образом невозможно предсказать, что пользователь

при работе с готовой программой вместо числа введёт последовательность

нечисловых символов. И в первом и во втором случае программа не может

продолжать правильное исполнение и оба случая непредсказуемы (не выявляются)

на этапе компиляции. Но при разработке программы можно предусмотреть в ней

возможность

реагирования

на

такие

особые

события.

Эту

возможность

обеспечивает механизм исключений.

Прежде чем перейти к рассмотрению этого механизма, обратим внимание на

тот факт, что особые ситуации "особые ситуации" , которые могут возникнуть

в

процессе выполнения программы, делятся на две группы: синхронные и

асинхронные.

Асинхронные ситуации возникают за счет внешних воздействий на программу,

происходящих в моменты времени, никак не связанные с каким-либо участком кода

программы. Примерами могут служит отключение питания компьютера, команда на

перезагрузку операционной системы, вредоносные воздействия на код программы со

стороны параллельных процессов и т. д. Исключения не позволяют защитить

программу от воздействия асинхронных событий (асинхронных ситуаций).

Синхронные особые ситуации создаются, точнее, могут возникнуть, только

при выполнении тех или иных фрагментов кода программы. Каждый такой

фрагмент кода представляет собой отображение конкретных операторов текста

программы. Самое важное то, что при разработке программы зачастую известно в

каком участке текста программы может возникнуть синхронная особая ситуация.

Например, при вводе данных пользователь может по ошибке ввести текстовую

информацию вместо числовой. При записи данных в файл может не хватить места

на внешнем носителе информации. В первом случае источник возникновения особой

ситуации – оператор чтения данных из входного потока, во втором – процедура

записи информации в файл.

Именно для реагирования на синхронные особые ситуации, возникающие в

процессе выполнения программы, предназначен механизм исключений. Так как

асинхронные особые ситуации мы рассматривать не будем, то термин "синхронные"

больше не будем добавлять и применительно к исключениям говорить будем просто

об особых ситуациях.

Особых ситуаций, если они потенциально возможны, избежать нельзя. Но

программист может предусмотреть в программе операторы для распознавания

особой ситуации и для реакции на неё.

До появления механизма исключений реакция на особые ситуации зачастую

была самой жесткой – программа выдавала сообщение об ошибке и завершалась

аварийно. В лучшем случае, если особая ситуация возникла по вине пользователя,

ему предлагалось, например, повторно и правильно ввести исходные данные и

программа повторяла выполнение тех операторов, где возникла и была распознана

особая ситуация...

Исключения позволяют отделить распознавание особой ситуации от реакции

на неё. В механизме исключений есть два этапа – генерация исключения и

обработка исключения

"исключения:обработка исключения" . Генерация

исключения "исключения:генерация исключения" выполняется в том месте, где

возникла и обнаружена особая ситуация, а обработка – там, где это удобно в

конкретном случае.

Если бы современные программы создавались по-старинке, без использования

стандартных или специализированных библиотек (подпрограмм, процедур, функций,

классов), то без механизма исключений можно было бы обойтись. Более того,

прародитель Си-образных языков – язык Си обходится без исключений. Но не

будем упрекать в этом его авторов. При создании языка Си не был ещё внедрён в

программирование объектно-ориентированный подход.

В настоящее время автор библиотечной функций или метода класса

обязательно предусматривает операторы, распознающие особую ситуацию. Однако,

он не может предугадать как будет использована эта функция или метод

программистом-пользователем.

Например, в библиотечном методе чтения данных из стандартного входного

потока нельзя при ошибке в данных просто выдать сообщение пользователю

"повтори ввод!". Входной поток может быть настроен на текстовый файл и

программа при этом выполняется без ввода данных с клавиатуры. Пользователь в

этом случае не участвует в диалоге с программой.

Таким образом, распознавание особой ситуации в библиотечном методе

должно быть "оторвано" от действий по устранению причин её появления. Эту

возможность обеспечивают исключения

.

RanExceptionтемные

есоответств

параметра и аргумента при вызове

В языке C# исключение это объект класса System.Exception

"класс:

System.Exception" \y "класс"

или производного от него класса. В пространство

имен System входят кроме Exception ещё несколько классов исключений, которыми

можно пользоваться в программах. В таблице 16.1 приведены исключения из

пространства System, соответствующие особым ситуациям в программах на C#.

Таблица 16.1.

Классы системных исключений

ArgumentException	Недопустимое значение аргумента при вызове метода
ArithmeticException	Базовый класс для исключений, которые возникают при выполнении арифметических операций. Например, DivideByZeroException или OverflowException.
ArrayTypeMismatchException	Посылается при попытке присвоить элементу массива значение, тип которого не совместим с типом элементов массива.
DivideByZeroException	Посылается при попытке деления на нуль целочисленного значения.
FormatException	Несоответствие параметров спецификации форматирования
IndexOutOfRangeException	Посылается при выходе индекса массива за пределы граничной пары (индекс отрицателен или больше верхней границы).
InvalidCastException	Посылается при неверном преобразовании от базового типа или базового интерфейса к производному типу.
NullReferenceException	Посылается при попытке применить ссылку со значением null для обращения к объекту.
OutOfMemoryException	Посылается при неудачной попытке выделить память с помощью операции new. (Недостаточно свободной памяти.)
OverflowException	Посылается при переполнениях в арифметических выражениях, выполняемых в контексте, определенном служебным словом checked.

исключения и ихНобработкаие размерностей

16.2. Сис

Исключения определены не только в пространстве имён System. В других

пространствах имеются исключения, которые относятся к соответствующим

разделам

библиотек

среды

исполнения

.NET.

Например,

в

пространстве

System.Drawing.Printing имеются исключения, соответствующие особым ситуациям

вывода на печать и т.д.

Исключение как объект создаётся с помощью специального оператора

генерации (посылки) исключения:

throw выражение;

Однако этот оператор будет нами рассмотрен позже. Гораздо важнее сейчас

научиться распознавать появление исключений и обрабатывать эти исключения.

Дело в том, что при выявлении особых ситуаций, методы библиотечных классов,

которыми мы уже пользуемся в программах, посылают исключения, и нужно уметь

их распознавать и обрабатывать.

Достаточно часто начинающий программист наталкивается на исключения,

возникающие из-за неверного ввода данных при выполнении совершенно

правильной программы. В качестве примера рассмотрим такой фрагмент кода

(программа 16_01.cs):

double x;

Console.Write("x = ");

x = double.Parse(Console.ReadLine());

Console.WriteLine("res = " + x);

Если пользователь в ответ на приглашение "x=" введёт, например, 3.3, то есть

RanException	Несоответствие размерностей параметра и аргумента при вызове метода.
StackOverflowException	Посылается при переполнении рабочего стека. Возникает, когда вызвано слишком много методов, например, при очень глубокой или бесконечной рекурсии.
TypeInitializationException	Посылается, когда исключение посылает статический конструктор и отсутствует обработчик исключений (catch-блок) для перехвата исключения

допустит ошибку, отделив дробную часть вещественного числа не запятой, а точкой,

или введёт вместо цифры букву, то программа завершится аварийно и выдаст такое

сообщение о необработанном исключении:

Необработанное исключение:

System.FormatException: Входная строка имела неверный формат.

в System.Double.Parse(String s)

В этом сообщении об исключении указано, что его источник – метод

System.Double.Parse(string s).

Для

перехвата

и

обработки

исключений

используется

конструкция,

называемая блоком try/catch "блок: try/catch" . Она состоит из двух частей. Первая

часть – блок контроля "блок: блок контроля" за возникновением исключений –

представляет

собой

заключённую

в

фигурные

скобки

последовательность

операторов языка C#. Перед открывающейся фигурной скобкой размещается

служебное слово try

"служебное слово: try" . Непосредственно за фигурной

скобкой ,

закрывающей

блок

контроля

за

исключениями ,

размещается

последовательность ловушек (иначе называемых обработчиками) исключений, а

также необязательный блок завершения "блок: завершения" (finally-блок). Каждый

обработчик исключений "обработчик исключений" вводится служебным словом

catch "служебное слово: catch" . Имеется три формы catch-инструкции:

catch (тип_исключения имя) {операторы}

catch (тип_исключения) {операторы}

catch {операторы}

Входящий в catch-инструкцию блок операторов предназначен для выполнения

действий по обработке полученного исключения.

Блок завершения имеет такой формат:

finally {операторы}

Операторы блока завершения выполняются в конце обработки каждого

исключения. Точнее, блок finally выполняется всегда независимо от того, как поток

управления покидает блок try

.

В стандарте языка C# конструкция try/catch/finally называется try-оператором.

Определены три формы оператора try (даже если исключение не послано):

блок контроля, за которым следуют catch-обработчики (один или несколько);

блок контроля, за которым следует блок завершения (finally-блок);

блок контроля, за которым следуют catch-обработчики (один или несколько),

за которыми размещён блок завершения (finally-блок).

В качестве примера применения конструкции try/catch дополним приведённую

выше программу, которая аварийно завершается при неверно введённых данных,

средствами для обработки исключений типа System.FormatException. Фрагмент кода

станет таким:

double x;

while (true)

{

try

{

Console.Write("x = ");

x = double.Parse(Console.ReadLine());

Console.WriteLine("res = " + x);

}

catch (FormatException)

{

Console.WriteLine("Ошибка в формате данных!");

continue;

}

break;

}

В программу добавлен цикл, выход из которого возможен только при

достижении конца тела цикла, где находится оператор break. В теле цикла – блок

контроля за возникновением исключений, где размещены три оператора:

Console.Write("x = ");

x = double.Parse(Console.ReadLine());

Console.WriteLine("res = " + x);

Во втором из них возможна генерация исключения System.FormatException

"исключение: System.FormatException" . Если оно появляется, то управление

передаётся за пределы блока контроля (его третий оператор пропускается).

Ловушка (обработчик) исключений с заголовком catch (FormatException) настроена

на обработку исключений типа FormatException. В теле обработчика два оператора.

Первый из них выдаёт на консоль сообщение, второй передаёт управление на начало

следующей итерации цикла. Цикл не будет завершён, пока пользователь не введёт

значение x без ошибок. Диалог пользователя с программой может быть, например,

таким:

x = 3.5<ENTER>

Ошибка в формате данных!

x = 3d5<ENTER>

Ошибка в формате данных!

x = 3,5<ENTER>

res = 3,5

Обратите внимание, что в блоке контроля за исключениями оператор

Console.WriteLine("res="+x); выполняется только один раз.

Порядок действий по контролю за возникновением исключений и их

обработкой следующий. Выполняются операторы блока контроля за исключениями.

Если исключений не возникло, то все catch-обработчики пропускаются. При

возникновении исключения управление незамедлительно передаётся catch–блокам.

Обработчики исключений просматриваются последовательно до тех пор, пока не

будет обнаружен обработчик, "настроенный" на переданное исключение. После

выполнения операторов этого обработчика выполняется блок завершения (если он

есть) и только затем заканчивается исполнение try-оператора. Отметим, что среди

блоков обработки выполняется только один или не выполняется ни один.

Обратите внимание, что обработка исключения не прекращает выполнение

программы. В блоках catch могут быть запрограммированы действия по устранению

причин появления исключений и программа продолжает выполняться.