第9章 违例差错控制
Java的基本原理就是“形式错误的代码不会运行”。
与C++类似，捕获错误最理想的是在编译期间，最好在试图运行程序以前。然而，并非所有错误都能在编译期间侦测到。有些问题必须在运行期间解决，让错误的缔结者通过一些手续向接收者传递一些适当的信息，使其知道该如何正确地处理遇到的问题。
在C++和其他早期语言中，可通过几种手续来达到这个目的。而且它们通常是作为一种规定建立起来的，而非作为程序设计语言的一部分。典型地，我们需要返回一个值或设置一个标志（位），接收者会检查这些值或标志，判断具体发生了什么事情。然而，随着时间的流逝，终于发现这种做法会助长那些使用一个库的程序员的麻痹情绪。他们往往会这样想：“是的，错误可能会在其他人的代码中出现，但不会在我的代码中”。这样的后果便是他们一般不检查是否出现了错误（有时出错条件确实显得太愚蠢，不值得检验；注释①）。另一方面，若每次调用一个方法时都进行全面、细致的错误检查，那么代码的可读性也可能大幅度降低。由于程序员可能仍然在用这些语言维护自己的系统，所以他们应该对此有着深刻的体会：若按这种方式控制错误，那么在创建大型、健壮、易于维护的程序时，肯定会遇到不小的阻挠。
①：C程序员研究一下printf()的返回值便知端详。
解决的方法是在错误控制中排除所有偶然性，强制格式的正确。这种方法实际已有很长的历史，因为早在60年代便在操作系统里采用了“违例控制”手段；甚至可以追溯到BASIC语言的on
error goto语句。但C++的违例控制建立在Ada的基础上，而Java又主要建立在C++的基础上（尽管它看起来更象Object
Pascal）。
“违例”（Exception）这个词表达的是一种“例外”情况，亦即正常情况之外的一种“异常”。在问题发生的时候，我们可能不知具体该如何解决，但肯定知道已不能不顾一切地继续下去。此时，必须坚决地停下来，并由某人、某地指出发生了什么事情，以及该采取何种对策。但为了真正解决问题，当地可能并没有足够多的信息。因此，我们需要将其移交给更级的负责人，令其作出正确的决定（类似一个命令链）。
违例机制的另一项好处就是能够简化错误控制代码。我们再也不用检查一个特定的错误，然后在程序的多处地方对其进行控制。此外，也不需要在方法调用的时候检查错误（因为保证有人能捕获这里的错误）。我们只需要在一个地方处理问题：“违例控制模块”或者“违例控制器”。这样可有效减少代码量，并将那些用于描述具体操作的代码与专门纠正错误的代码分隔开。一般情况下，用于读取、写入以及调试的代码会变得更富有条理。
由于违例控制是由Java编译器强行实施的，所以毋需深入学习违例控制，便可正确使用本书编写的大量例子。本章向大家介绍了用于正确控制违例所需的代码，以及在某个方法遇到麻烦的时候，该如何生成自己的违例。
9.1 基本违例
“违例条件”表示在出现什么问题的时候应中止方法或作用域的继续。为了将违例条件与普通问题区分开，违例条件是非常重要的一个因素。在普通问题的情况下，我们在当地已拥有足够的信息，可在某种程度上解决碰到的问题。而在违例条件的情况下，却无法继续下去，因为当地没有提供解决问题所需的足够多的信息。此时，我们能做的唯一事情就是跳出当地环境，将那个问题委托给一个更高级的负责人。这便是出现违例时出现的情况。
一个简单的例子是“除法”。如可能被零除，就有必要进行检查，确保程序不会冒进，并在那种情况下执行除法。但具体通过什么知道分母是零呢？在那个特定的方法里，在我们试图解决的那个问题的环境中，我们或许知道该如何对待一个零分母。但假如它是一个没有预料到的值，就不能对其进行处理，所以必须产生一个违例，而非不顾一切地继续执行下去。
产生一个违例时，会发生几件事情。首先，按照与创建Java对象一样的方法创建违例对象：在内存“堆”里，使用new来创建。随后，停止当前执行路径（记住不可沿这条路径继续下去），然后从当前的环境中释放出违例对象的句柄。此时，违例控制机制会接管一切，并开始查找一个恰当的地方，用于继续程序的执行。这个恰当的地方便是“违例控制器”，它的职责是从问题中恢复，使程序要么尝试另一条执行路径，要么简单地继续。
作为产生违例的一个简单示例，大家可思考一个名为t的对象句柄。有些时候，程序可能传递一个尚未初始化的句柄。所以在用那个对象句柄调用一个方法之前，最好进行一番检查。可将与错误有关的信息发送到一个更大的场景中，方法是创建一个特殊的对象，用它代表我们的信息，并将其“掷”（Throw）出我们当前的场景之外。这就叫作“产生一个违例”或者“掷出一个违例”。下面是它的大概形式：
if(t == null)
throw new NullPointerException();
这样便“掷”出了一个违例。在当前场景中，它使我们能放弃进一步解决该问题的企图。该问题会被转移到其他更恰当的地方解决。准确地说，那个地方不久就会显露出来。
9.1.1 违例自变量
和Java的其他任何对象一样，需要用new在内存堆里创建违例，并需调用一个构建器。在所有标准违例中，存在着两个构建器：第一个是默认构建器，第二个则需使用一个字串自变量，使我们能在违例里置入相关信息：
if(t == null)
throw new NullPointerException("t = null");
稍后，字串可用各种方法提取出来，就象稍后会展示的那样。
在这儿，关键字throw会象变戏法一样做出一系列不可思议的事情。它首先执行new表达式，创建一个不在程序常规执行范围之内的对象。而且理所当然，会为那个对象调用构建器。随后，对象实际会从方法中返回——尽管对象的类型通常并不是方法设计为返回的类型。为深入理解违例控制，可将其想象成另一种返回机制——但是不要在这个问题上深究，否则会遇到麻烦。通过“掷”出一个违例，亦可从原来的作用域中退出。但是会先返回一个值，再退出方法或作用域。
但是，与普通方法返回的相似性到此便全部结束了，因为我们返回的地方与从普通方法调用中返回的地方是迥然有异的（我们结束于一个恰当的违例控制器，它距离违例“掷”出的地方可能相当遥远——在调用堆栈中要低上许多级）。
此外，我们可根据需要掷出任何类型的“可掷”对象。典型情况下，我们要为每种不同类型的错误“掷”出一类不同的违例。我们的思路是在违例对象以及挑选的违例对象类型中保存信息，所以在更大场景中的某个人可知道如何对待我们的违例（通常，唯一的信息是违例对象的类型，而违例对象中保存的没什么意义）。
9.2 违例的捕获
若某个方法产生一个违例，必须保证该违例能被捕获，并获得正确对待。对于Java的违例控制机制，它的一个好处就是允许我们在一个地方将精力集中在要解决的问题上，然后在另一个地方对待来自那个代码内部的错误。
为理解违例是如何捕获的，首先必须掌握“警戒区”的概念。它代表一个特殊的代码区域，有可能产生违例，并在后面跟随用于控制那些违例的代码。
9.2.1 try块
若位于一个方法内部，并“掷”出一个违例（或在这个方法内部调用的另一个方法产生了违例），那个方法就会在违例产生过程中退出。若不想一个throw离开方法，可在那个方法内部设置一个特殊的代码块，用它捕获违例。这就叫作“try块”，因为要在这个地方“尝试”各种方法调用。try块属于一种普通的作用域，用一个try关键字开头：
try {
// 可能产生违例的代码
}
若用一种不支持违例控制的编程语言全面检查错误，必须用设置和错误检测代码将每个方法都包围起来——即便多次调用相同的方法。而在使用了违例控制技术后，可将所有东西都置入一个try块内，在同一地点捕获所有违例。这样便可极大简化我们的代码，并使其更易辨读，因为代码本身要达到的目标再也不会与繁复的错误检查混淆。
9.2.2 违例控制器
当然，生成的违例必须在某个地方中止。这个“地方”便是违例控制器或者违例控制模块。而且针对想捕获的每种违例类型，都必须有一个相应的违例控制器。违例控制器紧接在try块后面，且用catch（捕获）关键字标记。如下所示：
try {
// Code that might generate exceptions
} catch(Type1 id1) {
// Handle exceptions of Type1
} catch(Type2 id2) {
// Handle exceptions of Type2
} catch(Type3 id3) {
// Handle exceptions of Type3
}
// etc...//: ExceptionMethods.java
// Demonstrating the Exception Methods
package c09;
public class ExceptionMethods {
public static void main(String[] args) {
try {
throw new Exception("Here's my Exception");
} catch(Exception e) {
System.out.println("Caught Exception");
System.out.println(
"e.getMessage(): " + e.getMessage());
System.out.println(
"e.toString(): " + e.toString());
System.out.println("e.printStackTrace():");
e.printStackTrace();
}
}
} ///:~Caught Exception
e.getMessage(): Here's my Exception
e.toString(): java.lang.Exception: Here's my Exception
e.printStackTrace():
java.lang.Exception: Here's my Exception
at ExceptionMethods.main//: Rethrowing.java
// Demonstrating fillInStackTrace()
public class Rethrowing {
public static void f() throws Exception {
System.out.println(
"originating the exception in f()");
throw new Exception("thrown from f()");
}
public static void g() throws Throwable {
try {
f();
} catch(Exception e) {
System.out.println(
"Inside g(), e.printStackTrace()");
e.printStackTrace();
throw e; // 17
// throw e.fillInStackTrace(); // 18
}
}
public static void
main(String[] args) throws Throwable {
try {
g();
} catch(Exception e) {
System.out.println(
"Caught in main, e.printStackTrace()");
e.printStackTrace();
}
}
} ///:~originating the exception in f()
Inside g(), e.printStackTrace()
java.lang.Exception: thrown from f()
at Rethrowing.f(Rethrowing.java:8)
at Rethrowing.g(Rethrowing.java:12)
at Rethrowing.main(Rethrowing.java:24)
Caught in main, e.printStackTrace()
java.lang.Exception: thrown from f()
at Rethrowing.f(Rethrowing.java:8)
at Rethrowing.g(Rethrowing.java:12)
at Rethrowing.main(Rethrowing.java:24)originating the exception in f()
Inside g(), e.printStackTrace()
java.lang.Exception: thrown from f()
at Rethrowing.f(Rethrowing.java:8)
at Rethrowing.g(Rethrowing.java:12)
at Rethrowing.main(Rethrowing.java:24)
Caught in main, e.printStackTrace()
java.lang.Exception: thrown from f()
at Rethrowing.g(Rethrowing.java:18)
at Rethrowing.main(Rethrowing.java:24)//: ThrowOut.java
public class ThrowOut {
public static void
main(String[] args) throws Throwable {
try {
throw new Throwable();
} catch(Exception e) {
System.out.println("Caught in main()");
}
}
} ///:~//: RethrowNew.java
// Rethrow a different object from the one that
// was caught
public class RethrowNew {
public static void f() throws Exception {
System.out.println(
"originating the exception in f()");
throw new Exception("thrown from f()");
}
public static void main(String[] args) {
try {
f();
} catch(Exception e) {
System.out.println(
"Caught in main, e.printStackTrace()");
e.printStackTrace();
throw new NullPointerException("from main");
}
}
} ///:~originating the exception in f()
Caught in main, e.printStackTrace()
java.lang.Exception: thrown from f()
at RethrowNew.f(RethrowNew.java:8)
at RethrowNew.main(RethrowNew.java:13)
java.lang.NullPointerException: from main
at RethrowNew.main(RethrowNew.java:18)//: NeverCaught.java
// Ignoring RuntimeExceptions
public class NeverCaught {
static void f() {
throw new RuntimeException("From f()");
}
static void g() {
f();
}
public static void main(String[] args) {
g();
}
} ///:~//: Inheriting.java
// Inheriting your own exceptions
class MyException extends Exception {
public MyException() {}
public MyException(String msg) {
super(msg);
}
}
public class Inheriting {
public static void f() throws MyException {
System.out.println(
"Throwing MyException from f()");
throw new MyException();
}
public static void g() throws MyException {
System.out.println(
"Throwing MyException from g()");
throw new MyException("Originated in g()");
}
public static void main(String[] args) {
try {
f();
} catch(MyException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
g();
} catch(MyException e) {
e.printStackTrace();
}
}
} ///:~class MyException extends Exception {
public MyException() {}
public MyException(String msg) {
super(msg);
}
}Throwing MyException from f()
MyException
at Inheriting.f(Inheriting.java:16)
at Inheriting.main(Inheriting.java:24)
Throwing MyException from g()
MyException: Originated in g()
at Inheriting.g(Inheriting.java:20)
at Inheriting.main(Inheriting.java:29)//: Inheriting2.java
// Inheriting your own exceptions
class MyException2 extends Exception {
public MyException2() {}
public MyException2(String msg) {
super(msg);
}
public MyException2(String msg, int x) {
super(msg);
i = x;
}
public int val() { return i; }
private int i;
}
public class Inheriting2 {
public static void f() throws MyException2 {
System.out.println(
"Throwing MyException2 from f()");
throw new MyException2();
}
public static void g() throws MyException2 {
System.out.println(
"Throwing MyException2 from g()");
throw new MyException2("Originated in g()");
}
public static void h() throws MyException2 {
System.out.println(
"Throwing MyException2 from h()");
throw new MyException2(
"Originated in h()", 47);
}
public static void main(String[] args) {
try {
f();
} catch(MyException2 e) {
e.printStackTrace();
}
try {
g();
} catch(MyException2 e) {
e.printStackTrace();
}
try {
h();
} catch(MyException2 e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("e.val() = " + e.val());
}
}
} ///:~Throwing MyException2 from f()
MyException2
at Inheriting2.f(Inheriting2.java:22)
at Inheriting2.main(Inheriting2.java:34)
Throwing MyException2 from g()
MyException2: Originated in g()
at Inheriting2.g(Inheriting2.java:26)
at Inheriting2.main(Inheriting2.java:39)
Throwing MyException2 from h()
MyException2: Originated in h()
at Inheriting2.h(Inheriting2.java:30)
at Inheriting2.main(Inheriting2.java:44)
e.val() = 47//: StormyInning.java
// Overridden methods may throw only the
// exceptions specified in their base-class
// versions, or exceptions derived from the
// base-class exceptions.
class BaseballException extends Exception {}
class Foul extends BaseballException {}
class Strike extends BaseballException {}
abstract class Inning {
Inning() throws BaseballException {}
void event () throws BaseballException {
// Doesn't actually have to throw anything
}
abstract void atBat() throws Strike, Foul;
void walk() {} // Throws nothing
}
class StormException extends Exception {}
class RainedOut extends StormException {}
class PopFoul extends Foul {}
interface Storm {
void event() throws RainedOut;
void rainHard() throws RainedOut;
}
public class StormyInning extends Inning
implements Storm {
// OK to add new exceptions for constructors,
// but you must deal with the base constructor
// exceptions:
StormyInning() throws RainedOut,
BaseballException {}
StormyInning(String s) throws Foul,
BaseballException {}
// Regular methods must conform to base class:
//! void walk() throws PopFoul {} //Compile error
// Interface CANNOT add exceptions to existing
// methods from the base class:
//! public void event() throws RainedOut {}
// If the method doesn't already exist in the
// base class, the exception is OK:
public void rainHard() throws RainedOut {}
// You can choose to not throw any exceptions,
// even if base version does:
public void event() {}
// Overridden methods can throw
// inherited exceptions:
void atBat() throws PopFoul {}
public static void main(String[] args) {
try {
StormyInning si = new StormyInning();
si.atBat();
} catch(PopFoul e) {
} catch(RainedOut e) {
} catch(BaseballException e) {}
// Strike not thrown in derived version.
try {
// What happens if you upcast?
Inning i = new StormyInning();
i.atBat();
// You must catch the exceptions from the
// base-class version of the method:
} catch(Strike e) {
} catch(Foul e) {
} catch(RainedOut e) {
} catch(BaseballException e) {}
}
} ///:~//: FinallyWorks.java
// The finally clause is always executed
public class FinallyWorks {
static int count = 0;
public static void main(String[] args) {
while(true) {
try {
// post-increment is zero first time:
if(count++ == 0)
throw new Exception();
System.out.println("No exception");
} catch(Exception e) {
System.out.println("Exception thrown");
} finally {
System.out.println("in finally clause");
if(count == 2) break; // out of "while"
}
}
}
} ///:~Exception thrown in finally clause No exception in finally clause
//: OnOffSwitch.java
// Why use finally?
class Switch {
boolean state = false;
boolean read() { return state; }
void on() { state = true; }
void off() { state = false; }
}
public class OnOffSwitch {
static Switch sw = new Switch();
public static void main(String[] args) {
try {
sw.on();
// Code that can throw exceptions...
sw.off();
} catch(NullPointerException e) {
System.out.println("NullPointerException");
sw.off();
} catch(IllegalArgumentException e) {
System.out.println("IOException");
sw.off();
}
}
} ///:~//: WithFinally.java
// Finally Guarantees cleanup
class Switch2 {
boolean state = false;
boolean read() { return state; }
void on() { state = true; }
void off() { state = false; }
}
public class WithFinally {
static Switch2 sw = new Switch2();
public static void main(String[] args) {
try {
sw.on();
// Code that can throw exceptions...
} catch(NullPointerException e) {
System.out.println("NullPointerException");
} catch(IllegalArgumentException e) {
System.out.println("IOException");
} finally {
sw.off();
}
}
} ///:~//: AlwaysFinally.java
// Finally is always executed
class Ex extends Exception {}
public class AlwaysFinally {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(
"Entering first try block");
try {
System.out.println(
"Entering second try block");
try {
throw new Ex();
} finally {
System.out.println(
"finally in 2nd try block");
}
} catch(Ex e) {
System.out.println(
"Caught Ex in first try block");
} finally {
System.out.println(
"finally in 1st try block");
}
}
} ///:~Entering first try block Entering second try block finally in 2nd try block Caught Ex in first try block finally in 1st try block
//: LostMessage.java
// How an exception can be lost
class VeryImportantException extends Exception {
public String toString() {
return "A very important exception!";
}
}
class HoHumException extends Exception {
public String toString() {
return "A trivial exception";
}
}
public class LostMessage {
void f() throws VeryImportantException {
throw new VeryImportantException();
}
void dispose() throws HoHumException {
throw new HoHumException();
}
public static void main(String[] args)
throws Exception {
LostMessage lm = new LostMessage();
try {
lm.f();
} finally {
lm.dispose();
}
}
} ///:~A trivial exception
at LostMessage.dispose(LostMessage.java:21)
at LostMessage.main(LostMessage.java:29)//: Cleanup.java
// Paying attention to exceptions
// in constructors
import java.io.*;
class InputFile {
private BufferedReader in;
InputFile(String fname) throws Exception {
try {
in =
new BufferedReader(
new FileReader(fname));
// Other code that might throw exceptions
} catch(FileNotFoundException e) {
System.out.println(
"Could not open " + fname);
// Wasn't open, so don't close it
throw e;
} catch(Exception e) {
// All other exceptions must close it
try {
in.close();
} catch(IOException e2) {
System.out.println(
"in.close() unsuccessful");
}
throw e;
} finally {
// Don't close it here!!!
}
}
String getLine() {
String s;
try {
s = in.readLine();
} catch(IOException e) {
System.out.println(
"readLine() unsuccessful");
s = "failed";
}
return s;
}
void cleanup() {
try {
in.close();
} catch(IOException e2) {
System.out.println(
"in.close() unsuccessful");
}
}
}
public class Cleanup {
public static void main(String[] args) {
try {
InputFile in =
new InputFile("Cleanup.java");
String s;
int i = 1;
while((s = in.getLine()) != null)
System.out.println(""+ i++ + ": " + s);
in.cleanup();
} catch(Exception e) {
System.out.println(
"Caught in main, e.printStackTrace()");
e.printStackTrace();
}
}
} ///:~//: Human.java
// Catching Exception Hierarchies
class Annoyance extends Exception {}
class Sneeze extends Annoyance {}
public class Human {
public static void main(String[] args) {
try {
throw new Sneeze();
} catch(Sneeze s) {
System.out.println("Caught Sneeze");
} catch(Annoyance a) {
System.out.println("Caught Annoyance");
}
}
} ///:~ try {
throw new Sneeze();
} catch(Annoyance a) {
System.out.println("Caught Annoyance");
} try {
throw new Sneeze();
} catch(Annoyance a) {
System.out.println("Caught Annoyance");
} catch(Sneeze s) {
System.out.println("Caught Sneeze");
}