C# 异常处理全解析：让程序告别崩溃噩梦

一、什么是异常？

异常是程序在运行过程中发生的错误或意外情况。当程序遇到无法正常执行的情形时，会抛出一个异常，以通知程序发生了错误。异常是程序中的一种事件，需要被捕获和处理，否则程序可能会崩溃或终止运行。

常见的异常类型：

• DivideByZeroException：除数为零异常
• NullReferenceException：空引用异常
• IndexOutOfRangeException：索引超出范围异常
• FileNotFoundException：文件未找到异常

二、为什么需要异常处理？

在编写程序时，我们无法完全避免错误的发生。例如，用户可能会输入不合适的数据，网络连接可能会中断，文件可能会丢失等。如果不处理这些异常，程序会直接崩溃，给用户带来不好的体验。

通过异常处理，我们可以：

• 捕获异常：检测到错误时，不让程序立刻崩溃。
• 处理异常：采取措施应对异常，使程序能够继续运行或友好地退出。
• 提供反馈：向用户提供有用的错误信息，便于调试和改进程序。

三、异常处理的关键字

C#中异常处理主要使用以下关键字：

• try：放置可能产生异常的代码块。
• catch：捕获异常，并对其进行处理。
• finally：无论是否发生异常，都会执行的代码块。
• throw：主动抛出一个异常。

四、异常处理的基本结构

基本结构：

try
{
    // 可能产生异常的代码
}
catch (ExceptionType ex)
{
    // 对异常进行处理的代码
}
finally
{
    // 无论是否发生异常，都会执行的代码
}

说明：

• try块中包含可能会引发异常的代码。
• catch块用于捕获特定类型的异常，并对其进行处理。
• finally块是可选的，用于执行清理操作，如关闭文件、释放资源等。

五、实例解析异常和异常处理

1. 未处理异常的情况

using System;

class Program
{
    static void Main()
    {
        int a = 10;
        int b = 0;
        int result = a / b; // 除以零，抛出异常
        Console.WriteLine("结果是：" + result);
    }
}

运行结果：

Unhandled Exception: System.DivideByZeroException: Attempted to divide by zero.

程序由于除以零，抛出了DivideByZeroException，并崩溃了。

2. 使用异常处理

using System;

class Program
{
    static void Main()
    {
        int a = 10;
        int b = 0;

        try
        {
            int result = a / b; // 可能引发异常的代码
            Console.WriteLine("结果是：" + result);
        }
        catch (DivideByZeroException ex)
        {
            Console.WriteLine("发生错误：不能除以零！");
            // 可以根据需要输出异常信息
            // Console.WriteLine(ex.Message);
        }
    }
}

运行结果：

发生错误：不能除以零！

说明：

• try块中包含可能发生异常的代码int result = a / b;。
• 当b为零时，抛出DivideByZeroException。
• catch块捕获到该异常，并执行其中的代码，输出提示信息。
• 程序没有崩溃，可以继续执行后续的代码。

3. 使用finally块

using System;
using System.IO;

class Program
{
    static void Main()
    {
        StreamReader sr = null;
        try
        {
            sr = new StreamReader("test.txt");
            string content = sr.ReadToEnd();
            Console.WriteLine(content);
        }
        catch (FileNotFoundException ex)
        {
            Console.WriteLine("文件未找到！");
        }
        finally
        {
            // 无论是否发生异常，都要关闭文件
            if (sr != null)
            {
                sr.Close();
                Console.WriteLine("文件已关闭。");
            }
        }
    }
}

说明：

• try块尝试读取文件test.txt。
• 如果文件不存在，会抛出FileNotFoundException，并被catch块捕获。
• finally块中的代码会在try和catch块执行完后执行，用于关闭文件等清理操作。
• 即使发生异常，finally块仍然会执行，确保资源被正确释放。

4. 使用throw关键字

throw关键字用于主动抛出异常。

using System;

class Program
{
    static void Main()
    {
        try
        {
            CheckAge(15);
        }
        catch (Exception ex)
        {
            Console.WriteLine("错误：" + ex.Message);
        }
    }

    static void CheckAge(int age)
    {
        if (age < 18)
        {
            throw new Exception("未成年人禁止入内！");
        }
        else
        {
            Console.WriteLine("欢迎光临！");
        }
    }
}

运行结果：

错误：未成年人禁止入内！

说明：

• 在CheckAge方法中，如果age小于18，主动throw一个Exception。
• 在Main方法中，调用CheckAge(15)，由于age为15，抛出异常。
• catch块捕获到异常，并输出错误信息。

六、自定义异常

有时候，内置的异常类型不能满足需求，我们可以自定义异常类。

示例：

using System;

class Program
{
    static void Main()
    {
        try
        {
            Withdraw(1000, 1500);
        }
        catch (InsufficientFundsException ex)
        {
            Console.WriteLine("错误：" + ex.Message);
        }
    }

    static void Withdraw(double balance, double amount)
    {
        if (amount > balance)
        {
            throw new InsufficientFundsException("余额不足，无法取款！");
        }
        else
        {
            balance -= amount;
            Console.WriteLine("取款成功，余额为：" + balance);
        }
    }
}

// 自定义异常类
public class InsufficientFundsException : Exception
{
    public InsufficientFundsException(string message) : base(message)
    {
    }
}

运行结果：

错误：余额不足，无法取款！

说明：

• 定义了一个自定义异常类InsufficientFundsException，继承自Exception。
• 在Withdraw方法中，如果取款金额大于余额，抛出InsufficientFundsException。
• catch块捕获自定义异常，并输出错误信息。

七、异常的捕获顺序

当有多个catch块时，异常的捕获顺序是从上到下匹配。如果基类异常（如Exception）放在前面，那么子类异常将无法被捕获。

示例：

try
{
    // 可能产生多种异常的代码
}
catch (DivideByZeroException ex)
{
    // 处理除以零异常
}
catch (Exception ex)
{
    // 处理其他异常
}

注意：

• 特定异常（如DivideByZeroException）的catch块应放在前面。
• 通用异常（如Exception）的catch块应放在后面。

八、小结

• 异常是程序运行时发生的错误或意外情况，需要被捕获和处理。
• 使用try、catch、finally和throw关键字进行异常处理。
• try块：包含可能发生异常的代码。
• catch块：捕获并处理异常。
• finally块：无论是否发生异常，都会执行，用于清理资源。
• throw关键字：主动抛出异常。
• 自定义异常：当内置异常类型不满足需求时，可以创建自己的异常类。
• 捕获顺序：从特定异常到通用异常，catch块的顺序很重要。

九、建议

• 尽早捕获异常：在可能发生异常的地方，及时使用try-catch。
• 合理处理异常：在catch块中，提供有用的错误信息或采取适当的措施。
• 避免过度捕获：不要将整个程序都放在一个大的try-catch中。
• 资源清理：使用finally块或using语句，确保资源被正确释放。

十、动手实践

以下是三道关于异常处理的操作题，希望能帮助你更好地理解异常处理的概念和实践：

问题1：

题目描述：

编写一个控制台应用程序，要求用户输入一个整数，然后计算该整数的平方根。如果用户输入的不是有效的整数，或者输入的数字为负数，程序应当捕获异常并提示用户输入正确的值。

要求：

• 使用异常处理机制捕获以下情况：
  • 用户输入的不是一个整数（FormatException）。
  • 用户输入的整数为负数（自定义异常或处理逻辑）。
• 在捕获异常后，向用户输出友好的错误提示信息，并允许用户重新输入。

提示：

• 使用int.Parse()或Convert.ToInt32()方法将字符串转换为整数。
• 使用try-catch块捕获格式异常。
• 当数值为负数时，可以手动抛出一个ArgumentOutOfRangeException或自定义异常。
• 使用循环使用户在输入错误时可以重新输入。

问题2：

题目描述：

编写一个程序，从一个文本文件data.txt中读取数据并输出到控制台。请在代码中进行异常处理，防止以下情况导致程序崩溃：

• 文件未找到（FileNotFoundException）。
• 无法访问文件，例如权限不足（UnauthorizedAccessException）。
• 在读取文件内容时发生其他I/O错误（IOException）。

要求：

• 对不同类型的异常，提供不同的错误提示信息。
• 使用finally块或using语句，确保在程序结束前文件被正确关闭或资源被释放。
• 如果读取成功，输出文件的内容。

提示：

• 使用System.IO命名空间下的StreamReader或File.ReadAllText()方法读取文件。
• 使用多个catch块分别捕获不同的异常类型。
• finally块用于执行清理操作，无论是否发生异常。

问题3：

题目描述：

创建一个自定义异常类NegativeNumberException，用于表示遇到了负数的异常情况。

编写一个方法CalculateFactorial(int n)，用于计算整数n的阶乘：

• 如果n是负数，抛出NegativeNumberException。
• 如果计算过程中发生溢出（OverflowException），捕获异常并提示用户。

编写主程序：

• 要求用户输入一个非负整数。
• 调用CalculateFactorial(n)计算并输出结果。
• 使用异常处理机制，捕获并处理可能发生的异常，包括自定义异常和溢出异常。
• 在捕获异常后，向用户输出友好的错误信息。

提示：

• 自定义异常需要继承自Exception类，并实现相应的构造函数。
• 在计算阶乘时，可以使用checked关键字块来检测溢出。
• 使用try-catch结构捕获异常。

注意： 完成这些练习有助于你深入理解C#中的异常处理机制，包括如何捕获和处理不同类型的异常，以及如何编写健壮的代码来提高程序的可靠性。