應(yīng)用程序執(zhí)行時，可能遇到各種可能的錯誤。C#使用異常來處理這些錯誤，異常將有關(guān)錯誤的信息封裝在一個類中。異常設(shè)計用于報告故障，它們提供了報告和響應(yīng)錯誤的一致方式。設(shè)計異常的初衷并非要提供一種程序流程控制機(jī)制、報告成功狀態(tài)或用作反饋機(jī)制，相反，它們報告程序執(zhí)行期間發(fā)生的故障。

在很多語言（尤其是非面向?qū)ο笳Z言）中，報告故障的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制是使用返回編碼（return code）。然而，在面向?qū)ο笳Z言中，并非總可以使用返回編碼，而取決于故障發(fā)生的背景。另外，返回編碼很容易被忽略；如果不想忽略它，就需要在有可能出現(xiàn)故障的地方做妥善處理，這非常復(fù)雜。

一、理解異常

異常能夠以清晰、簡潔、安全的方式表示運行期間發(fā)生的故障，它通常包含有關(guān)故障原因的詳細(xì)信息，其中包括調(diào)用棧跟蹤，它指出了當(dāng)前代碼塊正常返回時的執(zhí)行路徑。
異常并非要提供一種處理預(yù)期錯誤（如用戶操作或輸入可能導(dǎo)致的錯誤）的方式。對于這些錯誤，通過核實操作或輸入正確來防范錯誤要好得多。異常也并非要防范編碼錯誤。編碼錯誤可能導(dǎo)致異常，但對于這種錯誤，應(yīng)進(jìn)行修復(fù)，而不是依賴于異常。

發(fā)生異常時，如果應(yīng)用程序顯式地提供了此時應(yīng)執(zhí)行的代碼，異常將得到處理；如果沒有這樣的代碼，就將出現(xiàn)未處理的異常。
所有異常都是從 System.Exception 派生而來的。當(dāng)托管代碼調(diào)用非托管代碼或外部服務(wù)（如 Microsoft SQL Server）并發(fā)生錯誤時，.NET 運行時將把錯誤條件包裝在一個從System.Exception派生而來的異常中。

ps：RuntimeWrappedException
在諸如 C++等語言中，可引發(fā)任何類型的異常，而不僅僅是從System.Exception 派生而來的異常。在這種情況下，通用語言運行時將把這些異常包裝在一個 RuntimeWrappedException 中。這確保了語言之間的兼容性。

System.Exception有多個屬性提供了有關(guān)錯誤的詳細(xì)信息：

• 最常用的是Message屬性，它通過用戶能夠明白的描述詳細(xì)地指出了導(dǎo)致異常的原因。通常，這個屬性的內(nèi)容是幾個句子，對錯誤進(jìn)行了大致描述。
• StackTrace屬性包含調(diào)用棧跟蹤，有助于判斷錯誤發(fā)生在什么地方。如果調(diào)試信息在運行期間可用，調(diào)用棧跟蹤將指出錯誤發(fā)生在哪一行及其所屬的源文件。
• 當(dāng)一個異常被包裝在另一種異常內(nèi)時，通常使用屬性InnerException。原始異常存儲在屬性InnerException中，讓錯誤處理代碼能夠檢查原始信息。
• HelpLink屬性可包含指向幫助文件的 URL，而幫助文件包含有關(guān)異常的更詳細(xì)信息。
• Data屬性是一個 IDictionary（字典的非泛型版本）對象，用于以鍵/值對的方式存儲任意信息。

使用標(biāo)準(zhǔn)異常
雖然.NET Framework提供了 200多個公有異常類，但只有大約 15個是常用的，其他異常通常是從這些標(biāo)準(zhǔn)異常派生而來的。
除Exception外，其他兩個主要的基類是SystemException和ExternalException，其中前者是運行時生成的所有異常的基類，后者是在運行時的外部環(huán)境中發(fā)生或針對這類環(huán)境的異常的基類。
對于Exception、SystemException和ExternalException，應(yīng)只將它們用作更具體的派生異常的基類，還應(yīng)避免從SystemException直接派生出自定義異常。

其他標(biāo)準(zhǔn)異常如下表所示，它們分兩類：運行時引發(fā)的異常，您在代碼中不應(yīng)引發(fā)它們；可在代碼中（也應(yīng)該在代碼中）引發(fā)的異常。

驗證傳遞給您的公有方法的參數(shù)時，如果傳遞的參數(shù)不正確，就應(yīng)引發(fā)ArgumentException或其子類。
如果傳遞給方法的參數(shù)為null，就應(yīng)引發(fā)ArgumentNullException；如果傳遞的參數(shù)不在可接受的范圍內(nèi)，就應(yīng)引發(fā)ArgumentOutOfRangeException。
如果就對象的當(dāng)前狀態(tài)而言，訪問屬性或調(diào)用方法不合適，就可引發(fā)InvalidOperationException。這不同于ArgumentException，是否引發(fā)ArgumentException不依賴于對象的狀態(tài)。

ps：驗證參數(shù)
如果調(diào)用方不好判斷參數(shù)是否有效，您應(yīng)考慮提供一種方法，讓它們能夠?qū)?shù)進(jìn)行檢查。
其他標(biāo)準(zhǔn)異常都是運行時專用的異常，您不應(yīng)在代碼中引發(fā)它們，也不應(yīng)從它們派生出自定義異常。

應(yīng)對參數(shù)進(jìn)行檢查，以防止發(fā)生IndexOutOfRangeException或NullReferenceException。

二、引發(fā)異常
要引發(fā)異常，可使用關(guān)鍵字throw。由于Exception是一個類，因此您必須使用關(guān)鍵字new創(chuàng)建其實例。如下代碼引發(fā)一個Exception異常：

throw new System.Exception();

異常引發(fā)后，程序?qū)⒘⒓赐Ｖ箞?zhí)行，而異常將沿調(diào)用棧向上傳遞，并尋找合適的處理程序。如果沒有找到處理程序，就將發(fā)生下述3種情況之一。

• 如果異常發(fā)生在構(gòu)造函數(shù)內(nèi)，就將終止執(zhí)行該構(gòu)造函數(shù)，并調(diào)用基類的析構(gòu)函數(shù)（如果有）。
• 如果調(diào)用棧中包含靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)或靜態(tài)字段初始值設(shè)定項，就將引發(fā)TypeInitializationException，其InnerException屬性包含原始異常。
• 如果到達(dá)了線程開頭，線程就將終止。在大多數(shù)情況下，這意味著如果異常到達(dá)Main( )方法后，仍未找到兼容的處理器，應(yīng)用程序就將終止。無論異常源自哪個線程，都將導(dǎo)致這樣的結(jié)果。

要確定什么情況下應(yīng)引發(fā)異常，需要明白編碼錯誤和執(zhí)行錯誤之間的差別。編碼錯誤可通過修改代碼來避免，因此沒有理由使用異常來處理這類錯誤。編碼錯誤可在編譯階段修復(fù)，因此可采取措施確保它們不會在運行階段發(fā)生。
ps：System.Environment.FailFast
如果應(yīng)用程序處于不能安全地繼續(xù)執(zhí)行下去的境地，應(yīng)考慮調(diào)用System.Environment.FailFast，而不應(yīng)引發(fā)異常。
如果繼續(xù)執(zhí)行會導(dǎo)致安全風(fēng)險，如無法恢復(fù)的安全損害，那么也應(yīng)考慮調(diào)用FailFast。
遇到意外的錯誤條件時，將引發(fā)異常。這通常發(fā)生在類成員無法執(zhí)行其操作時。這種執(zhí)行錯誤不能完全避免，不管在代碼中采取多少防范措施。對于程序執(zhí)行錯誤，可通過代碼以編程方式進(jìn)行處理，但系統(tǒng)執(zhí)行錯誤無法通過代碼進(jìn)行處理。

三、處理異常
要處理異常，可使用異常對象和保護(hù)區(qū)域（protected regions）?？蓪⒈Ｗo(hù)區(qū)域視為特殊的代碼塊，設(shè)計用于讓你能夠處理一樣。幾乎任何代碼行都可能導(dǎo)致異常，但大多數(shù)應(yīng)用程序?qū)嶋H上不需要處理這些異常。僅當(dāng)能夠采取有意義的措施時，才應(yīng)對異常進(jìn)行處理。
在C#中，可使用關(guān)鍵字try聲明保護(hù)區(qū)域（也叫try塊），并將要保護(hù)的語句用大括號括起，而相關(guān)的處理程序放在右大括號的后面。必須至少將下述處理程序之一與保護(hù)區(qū)域相關(guān)聯(lián)。

• finally處理程序：它在退出保護(hù)區(qū)域時執(zhí)行，即使發(fā)生異常也是如此。保護(hù)區(qū)域最多可以有一個finally處理程序。
• catch處理程序：它與特定異?；蚱渥宇惼ヅ?。保護(hù)區(qū)域可以有多個 catch處理程序，但特定類型的異常只能有一個catch處理程序。

發(fā)生異常時，將首先確定當(dāng)前指令（導(dǎo)致異常的指令）所屬的保護(hù)區(qū)域是否有與異常匹配的 catch 處理程序。如果當(dāng)前方法沒有匹配的處理程序，就將在調(diào)用方處查找，這個過程將不斷重復(fù)下去，直到找到匹配的處理程序或到達(dá)調(diào)用棧頂，到達(dá)調(diào)用棧頂后，應(yīng)用程序?qū)⒔K止。如果找到匹配的處理程序，就將返回到發(fā)生異常的地方，執(zhí)行finally處理程序，然后執(zhí)行catch處理程序。

ps：通用catch處理程序
可僅使用關(guān)鍵字catch來指定catch處理程序，這被稱為通用catch處理程序，但不應(yīng)這樣做。
在.NET Framework 1.0和 1.1中，存在這樣的情況，即非托管代碼可能引發(fā)運行時未能妥善處理的異常。
因此，這種異常沒有包裝到 System.Exception 派生異常中，除空 catch塊外的其他catch塊都無法捕獲它。
.NET 2.0修復(fù)了這種問題，現(xiàn)在這些異常被包裝到RuntimeWrappedException （它是從System.Exception派生而來的）中，因此不再需要空catch塊。
根據(jù)保護(hù)區(qū)域提供了哪些處理程序，可將其分為3類。

• Try-Catch：只提供一個或多個 catch處理程序。
• Try-Finally：只提供了一個 finally處理程序。
• Try-Catch-Finally：提供了一個或多個 catch處理程序以及一個 finally處理程序。

編寫 catch 塊時，可只指定異常類型，也可同時指定異常類型和標(biāo)識符，這種標(biāo)識符稱為catch處理程序變量。catch處理程序變量讓您能夠在catch塊中引用異常對象，由于該變量的作用域為特定catch處理程序，且只會執(zhí)行一個catch處理程序，因此同一個標(biāo)識符可用于多個catch處理程序。然而，不能將該標(biāo)識符用于方法參數(shù)或其他局部變量。
如下栗子為聲明catch處理程序

try
{    
  int divisor = Convert.ToInt32(Console.ReadLine());    
  int result = 3 / divisor;
}
catch (DivideByZeroException ex)
{    
  Console.WriteLine(ex.Message);
}

如果有多個嵌套的try塊，且每個try塊都有匹配的catch處理程序，那么執(zhí)行哪個catch處理程序取決于嵌套順序。找到并執(zhí)行匹配的catch處理程序后，就不會執(zhí)行其他的catch處理程序。
如下示例捕獲多種異常

try
{    
  int divisor = Convert.ToInt32(Console.ReadLine());    
  int result = 3 / divisor;
}
catch (DivideByZeroException)
{    
  Console.WriteLine("Attempted to divide by zero");
}
catch (FormatException)
{    
  Console.WriteLine("Input was not in the correct format");
}
catch (Exception)
{    
  Console.WriteLine("General catch handler");
}

如上try塊導(dǎo)致DivideByZeroException，那么輸出將為Attempted to divide by zero；如果該 try塊導(dǎo)致FormatException，那么輸出將為 Input was not in the correct format；如果導(dǎo)致其他異常，那么輸出將為General catch handler。如果重新排列catch塊的順序，就將通用catch塊放在最前面，程序?qū)⒉荒芡ㄟ^編譯。

ps：隱藏異常
程序員經(jīng)常編寫這樣的catch塊，即除將錯誤寫入日志外什么也不錯。有時候這很重要，但通常是頂級調(diào)用方這樣做，并非每個方法都需要這樣做。捕獲異常后什么也不做，而旨在禁止它沿調(diào)用鏈向上傳遞時，將導(dǎo)致被稱為隱藏異常（swallowing exception）的問題。由于這只是隱藏了異常，而沒有對異常做任何處理，這可能導(dǎo)致難以跟蹤的間歇性問題。
最佳的做法是，僅當(dāng)在異常發(fā)生后需要做有意義的清理工作（如關(guān)閉文件或斷開數(shù)據(jù)庫連接）時，才捕獲異常。僅當(dāng)異常發(fā)生時才會執(zhí)行 catch 處理程序，因此不應(yīng)使用它來做清理工作。如果有清理工作要做，就應(yīng)在finally處理程序中進(jìn)行。這意味著除非要在發(fā)生異常時采取某種措施，否則應(yīng)使用try-finally，而不是try-catch或try-catch-finally。

ps：一般而言，不要在代碼中捕獲不具體的異常，如 Exception、SystemException 和ExternalException。另外，也不要捕獲關(guān)鍵的系統(tǒng)異常，如 StackOverflowException 和OutOfMemoryException。對于這些類型的異常，通常無法采取有意義的措施，而捕獲它們可能隱藏問題，導(dǎo)致調(diào)試和故障排除工作更復(fù)雜。

ps：惡化狀態(tài)異常
惡化狀態(tài)異常（corrupted state exception）指的是在應(yīng)用程序外（如OS內(nèi)核）發(fā)生的異常，這意味著運行進(jìn)程的完整性可能遭到破壞。有大約 12種惡化狀態(tài)異常，它們不同于常規(guī)異常。
常規(guī)異常和惡化狀態(tài)異常之間的差別不在于異常的類型，而在于引發(fā)異常的環(huán)境。默認(rèn)情況下，無法捕獲惡化狀態(tài)異常，哪怕捕獲Exception也不行。

四、重新引發(fā)捕獲的異常
如果捕獲異常只為將錯誤信息寫入日志或執(zhí)行沒有實際處理異常的操作，就應(yīng)重新引發(fā)異常。通過重新引發(fā)異常，可讓它繼續(xù)沿調(diào)用棧傳遞，以尋找合適的catch處理程序。
關(guān)鍵字throw除用于指定要引發(fā)的新異常外，還可用于重新引發(fā)異常。
為保留調(diào)用棧跟蹤信息，重新引發(fā)異常時應(yīng)只使用關(guān)鍵字throw，即使catch處理程序包含catch處理程序變量。
如下代碼演示了兩種重新引發(fā)異常的方法，它們之間存在細(xì)微的差別，這種差別在于隨異常傳遞的調(diào)用棧跟蹤信息。

try
{    
  // Some operation that results in an InvalidOperationException
}
catch (InvalidOperationException ex)
{    
  Console.WriteLine("Invalid operation occurred");    
  throw ex;
}
catch (Exception)
{    
  Console.WriteLine("General catch handler");    
  throw;
}

在第一種方法中，InvalidOperationException的 catch處理程序使用了 throw ex，這將以出現(xiàn)故障的方法為分界點截斷調(diào)用棧跟蹤信息。這意味著如果查看調(diào)用棧跟蹤信息，那么看起來異常源自代碼。但情況并非總是如此，尤其是在向上傳遞CLR生成的異常（如SqlException）時。

這種問題被稱為“破壞調(diào)用?！?，因為不再有完整的調(diào)用棧跟蹤信息。要核實這一點，可查看這兩個代碼塊的IL代碼。在IL代碼中，這一點很明顯，因為第一種方法的IL指令為throw，而第二種方法的IL指令為rethrow。

包裝異常
也可將捕獲的異常包裝在另一個異常中，然后引發(fā)新的異常。當(dāng)實際異常在上一層環(huán)境中沒有意義時，經(jīng)常這樣做。
包裝異常時，將在 catch 處理程序中引發(fā)新異常，并在其中包含原始異常。由于調(diào)用棧跟蹤信息將重置到新異常處，因此只有通過包含原始異常，才能獲悉原始調(diào)用棧跟蹤信息和異常細(xì)節(jié)。如下代碼演示了引發(fā)包裝的異常的正確方式。

try
{    
  // Some operation that can fail
}
catch (Exception ex)
{    
  throw new InvalidOperationException("The operation failed", ex);
}

應(yīng)慎用異常包裝，并做到深思熟慮。只要對是否應(yīng)包裝異常存在任何疑問，就不要包裝它。包裝異?？赡軐?dǎo)致無法獲悉發(fā)生錯誤的方法和位置，進(jìn)而需要花大量時間調(diào)試問題；還可能導(dǎo)致調(diào)用方難以處理異常，因為它們不僅需要處理當(dāng)前異常，還需要處理包裝的異常—提取并處理真正的異常。

五、溢出和整型算術(shù)運算
所有基本數(shù)值數(shù)據(jù)類型的取值范圍都是固定的。要獲悉該范圍的上限和下限，可分別使用屬性MaxValue和MinValue。如果試圖給int.MaxValue加1，那么結(jié)果將如何呢？
這個問題的答案取決于編譯器設(shè)置。默認(rèn)情況下，C#編譯器允許發(fā)生溢出，而上述運算的結(jié)果為可能的最大負(fù)值。在很多情況下，這種行為都是可以接受的，因為其風(fēng)險很低。
如果對于每次整型算術(shù)運算都執(zhí)行溢出檢查，其開銷將導(dǎo)致性能急劇下降，與此相比，溢出帶來的風(fēng)險微不足道。
如果要避免整型算術(shù)運算的溢出風(fēng)險，即控制溢出檢查行為，那么可以使用關(guān)鍵字checked和unchecked。這些關(guān)鍵字能夠顯式地控制溢出檢查，因為它們將覆蓋編譯器設(shè)置。

ps：檢查和不檢查
在檢查環(huán)境中，導(dǎo)致算術(shù)運算溢出的語句將引發(fā)異常；在不檢查環(huán)境中，溢出將被忽略，而結(jié)果將被截斷。只有一些數(shù)值運算受這種設(shè)置的影響。
（1）整型類型之間的顯式轉(zhuǎn)換。
（2）使用如下運算符的表達(dá)式：++、??、單目?、+、?、*、/。
關(guān)鍵字 checked 和 unchecked 可用于語句塊，這將影響語句塊中所有的整型算術(shù)運算，如下所示

int max = int.MaxValue;
checked 
{    
  int overflow = max++;    
  Console.WriteLine("The integer arithmetic resulted in an OverflowException.");
}
unchecked
{    
  int overflow = max++;    
  Console.WriteLine("The integer arithmetic resulted in a silent overflow.");
}

這些關(guān)鍵字還可用于整型運算表達(dá)式，這樣表達(dá)式將在檢查或不檢查環(huán)境下計算。在這種情況下，必須用括號將表達(dá)式括起。