Java异常处理全解析

### Java 异常处理全解析 #### 1. 引言 在编程过程中，程序出现错误是很常见的情况。错误主要分为编译时错误和运行时错误。编译时错误通常是由于语法不正确导致的，比如在 `if` 语句的条件部分忘记添加括号；而运行时错误则是代码运行时出现的不当行为，例如试图除以零。 之前，我们通过纠正错误的语法来解决编译时错误，通过增强代码的健壮性来处理运行时错误。而在本文中，我们将介绍一种不同的技术——异常处理。简单来说，异常可以看作是程序运行过程中出现的错误，异常处理则是一种优雅地处理这些问题的方法。 我们首先会探讨一个常见的问题：确保用户在被要求输入数字时输入有效的数值。你将学习如何使用 `try` 和 `catch` 块来实现这样的输入验证，这两个结构是异常处理的关键部分。同时，你还会了解不同类型的异常以及如何正确处理它们。在最后，我们会将异常处理应用到一个 GUI 折线图程序中。 要理解本文内容，你需要熟悉面向对象编程、数组和继承的基础知识。如果你计划阅读后续关于文件操作的内容，那么需要完整阅读本文，因为文件操作在很大程度上依赖于异常处理；如果你打算跳过后续内容，直接学习 GUI 编程，那么只需要阅读本文的前半部分。 #### 2. 异常和异常消息概述 根据 Sun 的定义，异常是在程序执行过程中打乱正常指令流的事件。异常处理就是一种优雅地处理这些异常的技术。 我们首先关注的异常类型与无效的用户输入有关。你可能遇到过因为输入无效数据而导致程序崩溃的情况。例如，当程序调用 `Scanner` 类的 `nextInt` 方法，而用户输入的不是整数时，Java 虚拟机（JVM）会生成一个异常，显示一个冗长且难看的错误消息，然后终止程序。以下是一个示例： ```plaintext Enter an integer: 45.6 Exception in thread "main" java.util.InputMismatchException at java.util.Scanner.throwFor(Scanner.java:819) at java.util.Scanner.next(Scanner.java:1431) at java.util.Scanner.nextInt(Scanner.java:2040) at java.util.Scanner.nextInt(Scanner.java:2000) at Test.main(Test.java:11) ``` 这里的 `InputMismatchException` 就是用户输入非整数时生成的异常类型。异常消息虽然可能会让人厌烦，但它们提供了关于错误的有用信息。在本文的后面部分，我们会详细介绍异常消息，现在我们先关注如何避免出现难看的异常消息。 #### 3. 使用 try 和 catch 块处理“危险”方法调用 有些方法调用，如 `nextInt`，可能会导致异常，进而引发程序崩溃。这里的“危险”并不是异常处理的标准术语，但它有助于我们理解。在这部分，我们将介绍如何使用 `try` 和 `catch` 块来避免异常消息和程序崩溃。 `try` 块用于“尝试”执行一个或多个可能引发异常的方法调用。如果这些方法调用出现问题，JVM 会跳转到 `catch` 块并执行其中的语句。可以将 `try` 块类比为马戏团的空中飞人表演，表演中的危险动作就相当于危险的方法调用。如果某个动作失败，空中飞人会落入安全网，这就类似于程序出现异常时跳转到 `catch` 块。如果表演顺利，安全网就不会被使用，同样，如果方法调用没有问题，`catch` 块也不会被执行。 `try` 和 `catch` 块的语法如下： ```java try { <statement(s)> } catch (<exception-class> <parameter>) { <error-handling-code> } ``` `try` 块和它关联的 `catch` 块（或多个 `catch` 块）必须是连续的。可以在 `try` 块之前或最后一个 `catch` 块之后添加其他语句，但不能在它们之间添加。`catch` 块头部的参数我们将结合下面的示例程序进行解释。 以下是一个使用 `try` 和 `catch` 块进行数字输入验证的 `LuckyNumber` 程序示例： ```java /*************************************************************** * LuckyNumber.java * Dean & Dean * * This program reads the user's lucky number as an int. ***************************************************************/ import java.util.Scanner; import java.util.InputMismatchException; public class LuckyNumber { public static void main(String[] args) { Scanner stdIn = new Scanner(System.in); int num; // lucky number try { System.out.print("Enter your lucky number (an integer): "); num = stdIn.nextInt(); } catch (InputMismatchException e) { System.out.println( "Invalid entry. You'll be given a random lucky number."); num = (int) (Math.random() * 10) + 1; // between 1-10 } System.out.println("Your lucky number is " + num + "."); } // end main } // end LuckyNumber class ``` 示例运行结果： ```plaintext Sample session 1: Enter your lucky number (an integer): 27 Your lucky number is 27. Sample session 2: Enter your lucky number (an integer): 33.42 Invalid entry. You'll be given a random lucky number. Your lucky number is 8. ``` 在这个示例中，`try` 块中的 `nextInt` 方法尝试将用户输入转换为整数。如果用户输入符合整数格式，JVM 会将输入赋值给 `num` 变量，跳过 `catch` 块并继续执行后续代码；如果输入不符合格式，会抛出 `InputMismatchException` 异常，JVM 会立即退出 `try` 块，实例化一个 `InputMismatchException` 对象，并将其传递给 `catch` 块头部的 `e` 参数。由于 `InputMismatchException` 不属于核心 Java 语言，所以需要在程序顶部导入该类。 当 JVM 实例化一个异常对象时，我们说 JVM 抛出了一个异常。JVM 抛出异常后，会寻找匹配的 `catch` 块。如果找到匹配的 `catch` 块，就会执行它；如果没有找到，JVM 会打印异常消息并终止程序。“匹配的 `catch` 块”是指 `catch` 块头部参数的类型与抛出的异常类型相同。在 `LuckyNumber` 程序中，`InputMismatchException` 参数与 `nextInt` 方法调用抛出的 `InputMismatchException` 对象匹配，所以该 `catch` 块是匹配的。 #### 4. 折线图示例 接下来我们看一个更复杂的程序中如何使用 `try` 和 `catch` 块。我们先展示一个没有使用 `try` 和 `catch` 块的程序，然后分析如何通过添加这些块来改进它。 以下是一个绘制折线图的程序 `LinePlot` 的初始版本： ```java /*************************************************************** * LinePlot.java * Dean & Dean * * This program plots a line as a series of user-specified * line segments. ***************************************************************/ import java.util.Scanner; public class LinePlot { private int oldX = 0; // oldX and oldY save previous point private int oldY = 0; // starting point is the origin (0,0) //************************************************************ // This method prints description of a line segment from the // previous point to the current point. public void plotSegment(int x, int y) { System.out.prin ```