Генерация и обработка исключений

ГЕНЕРАЦИЯ И ОБРАБОТКА ИСКЛЮЧЕНИЙ 

       Исключительная  ситуация, или исключение, — это возникновение аварийного события, которое может порождаться некорректным использованием аппаратуры или неправильной работой программы, например, делением на ноль или переполнением. Обычно эти события приводят к завершению программы с системным сообщением об ошибке. Но языки программирования дают нам возможность восстановить работоспособность программы и продолжить ее выполнение.

       Обработка исключительных ситуаций (англ. exception handling) — механизм языков программирования, предназначенный для описания реакции программы на ошибки времени выполнения и другие возможные проблемы (исключения), которые могут возникнуть при выполнении программы и приводят к невозможности (бессмысленности) дальнейшей отработки программой её базового алгоритма. В русском языке также применяется более короткая форма термина: «обработка исключений».

Классические  примеры исключений:

• Нулевое значение знаменателя при выполнении операции целочисленного деления. Результата у операции быть не может, поэтому ни дальнейшие вычисления, ни попытка использования результата деления не приведут к решению задачи.
• Ошибка при попытке считать данные с внешнего устройства. Если данные не удаётся ввести, любые дальнейшие запланированные операции с ними бессмысленны.
• Исчерпание доступной памяти. Если в какой-то момент система оказывается не в состоянии выделить достаточный для прикладной программы объём оперативной памяти, программа не сможет работать нормально.
• Появление сигнала аварийного отключения электропитания системы. Прикладную задачу, по всей видимости, решить не удастся, в лучшем случае (при наличии какого-то резерва питания) прикладная программа может позаботиться о сохранении данных.
• Появление на входе коммуникационного канала данных, требующих немедленного считывания. Чем бы ни занималась в этот момент программа, она должна перейти к чтению данных, чтобы не потерять поступившую информацию.

       Исключительные  ситуации, возникающие при работе программы, можно разделить на два  основных типа: синхронные и асинхронные, принципы реакции на которые существенно  различаются.

• Синхронные исключения могут возникнуть только в определённых, заранее известных точках программы. Так, ошибка чтения файла или коммуникационного канала, нехватка памяти — типичные синхронные исключения, так как возникают они только в операции чтения из файла или из канала или в операции выделения памяти соответственно.
• Асинхронные исключения могут возникать в любой момент времени и не зависят от того, какую конкретно инструкцию программы выполняет система. Типичные примеры таких исключений: аварийный отказ питания или поступление новых данных.

         В отсутствие собственного механизма обработки исключений для прикладных программ наиболее общей реакцией на любую исключительную ситуацию является немедленное прекращение выполнения с выдачей пользователю сообщения о характере исключения. Можно сказать, что в подобных случаях единственным и универсальным обработчиком исключений становится операционная система. Например, в операционную систему Windows встроена утилита Dr. Watson, которая занимается сбором информации об необработанном исключении и ее отправкой на специальный сервер компании Microsoft.

       Возможно  игнорирование исключительной ситуации и продолжение работы, но такая  тактика опасна, так как приводит к ошибочным результатам работы программ или возникновению ошибок впоследствии. Например, проигнорировав ошибку чтения из файла блока данных, программа получит в своё распоряжение не те данные, которые она должна была считать, а какие-то другие. Результаты их использования предугадать невозможно.

       Обработка исключительных ситуаций самой программой заключается в том, что при  возникновении исключительной ситуации управление передаётся некоторому заранее  определённомуобработчику — блоку кода, процедуре, функции, которые выполняют необходимые действия.

       Существует  два принципиально разных механизма  функционирования обработчиков исключений.

• Обработка с возвратом подразумевает, что обработчик исключения ликвидирует возникшую проблему и приводит программу в состояние, когда она может работать дальше по основному алгоритму. В этом случае после того, как выполнится код обработчика, управление передаётся обратно в ту точку программы, где возникла исключительная ситуация (либо на команду, вызвавшую исключение, либо на следующую за ней, как в некоторых старых диалектах языка BASIC) и выполнение программы продолжается. Обработка с возвратом типична для обработчиков асинхронных исключений (которые обычно возникают по причинам, не связанным прямо с выполняемым кодом), для обработки синхронных исключений она малопригодна.
• Обработка без возврата заключается в том, что после выполнения кода обработчика исключения управление передаётся в некоторое, заранее заданное место программы, и с него продолжается исполнение.

       Исключения  генерирует либо среда выполнения, либо программист с помощью оператора throw. В данной таблице приведены наиболее часто используемые стандартные исключения, генерируемые средой. Они определены в пространстве имен System. Все они являются потомками класса Exception, а точнее, потомками его потомка SystemException. 

Таблица 1.1 - Часто используемые стандартные исключения

       Исключения  обнаруживаются и обрабатываются в  операторе try.

       Оператор try содержит три части:

• контролируемый блок — составной оператор, предваряемый ключевым словом try. В контролируемый блок включаются потенциально опасные операторы программы. Все функции, прямо или косвенно вызываемые из блока, также считаются ему принадлежащими;
• один или несколько обработчиков исключений — блоков catch, в которых описывается, как обрабатываются ошибки различных типов;
• блок завершения finally выполняется независимо от того, возникла ошибка в контролируемом блоке или нет.

       Отсутствовать могут либо блоки catch, либо блок finally, но не оба одновременно.

       Обработчики исключений должны располагаться непосредственно за блоком try. Они начинаются с ключевого слова catch, за которым в скобках следует тип обрабатываемого исключения. Можно записать один или несколько обработчиков в соответствии с типами обрабатываемых исключений.

       Если  исключение в контролируемом блоке  не возникло, все обработчики пропускаются.

       В любом случае, произошло исключение или нет, управление передается в  блок завершения finally (если он существует), а затем — первому оператору, находящемуся непосредственно за оператором try.

       Операторы try могут многократно вкладываться друг в друга. Исключение, которое возникло во внутреннем блоке try и не было перехвачено соответствующим блоком catch, передается на верхний уровень, где продолжается поиск подходящего обработчика. Этот процесс называется распространением исключения.

       Рассмотрим, каким образом реализуется обработка  исключительных ситуаций.

• Обработка исключения начинается с появления ошибки. Функция или операция, в которой возникла ошибка, генерирует исключение.
• Выполнение текущего блока прекращается, отыскивается соответствующий обработчик исключения, и ему передается управление.
• Выполняется блок finally, если он присутствует.
• Если обработчик не найден, вызывается стандартный обработчик исключения. Обычно он выводит на экран окно с информацией об исключении и завершает текущий процесс.

       До  сих пор мы рассматривали исключения, которые генерирует среда выполнения C#, но это может сделать и сам  программист. Для генерации исключения используется оператор throw с параметром, определяющим вид исключения. Параметр должен быть объектом, порожденным от стандартного класса System.Exception. Этот объект используется для передачи информации об исключении его обработчику. 

       Синтаксис оператора throw:

       throw [ выражение ];

       Форма без параметра применяется только внутри блока catch для повторной генерации исключения. Тип выражения, стоящего после throw, определяет тип исключения, например:

       throw new DivideByZeroException(); 

       Здесь после слова throw записано выражение, создающее объект стандартного класса «ошибка при делении на 0» с помощью операции new.

       При генерации исключения выполнение текущего блока прекращается и происходит поиск соответствующего обработчика  с передачей ему управления. Обработчик считается найденным, если тип объекта, указанного после throw, либо тот же, что задан в параметре catch, либо является производным от него.

       Класс Exception содержит несколько полезных свойств, с помощью которых можно получить информацию об исключении.

Таблица 1.2 – Свойства класса Exception