Java异常处理与断言机制详解

### Java 异常处理与断言机制详解 #### 1. 引言 在软件开发中，程序的可靠性是至关重要的。当我们说一个程序可靠时，通常期望它能对所有有效输入产生正确的结果。然而，编写一个完全正确的程序并非易事，稍有不慎就可能引入错误，而且这些错误往往难以根除。 程序的可靠性主要体现在两个方面：正确性和健壮性。正确性保证程序对所有有效输入都能产生正确的结果；而健壮性则衡量程序在各种条件下的运行能力，例如当输入无效时，程序能否正常处理而不崩溃。 为了提高程序的可靠性，我们可以使用两种机制：断言（assertion）和异常处理（exception handling）。断言有助于在开发过程中捕获逻辑错误，而异常处理则可以增强程序的健壮性，使程序在遇到错误时能够优雅地处理，而不是直接崩溃。 #### 2. 捕获异常 异常处理机制可以看作是一种控制结构。当程序执行过程中出现错误时，会抛出一个异常，此时正常的执行流程会被终止，转而执行异常处理程序。当匹配的异常处理代码被执行时，我们称抛出的异常被捕获。 ##### 2.1 异常示例 考虑以下代码： ```java Scanner scanner = new Scanner(System.in); System.out.print("Enter integer: "); int number = scanner.nextInt(); ``` 如果输入的不是一个整数，例如 "abc123"，系统会抛出 `InputMismatchException` 异常，并显示错误信息： ``` 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 Ch8Sample1.main(Ch8Sample1.java:35) ``` 在之前的开发中，我们通常让系统处理这些异常，但这可能导致程序产生错误结果或直接终止。为了提高程序的可靠性和健壮性，我们可以自己捕获并处理这些异常。 ##### 2.2 异常处理示例 我们通过一个简单的程序来演示异常处理机制。定义一个服务类 `AgeInputVer1`，用于输入一个人的年龄： ```java /* Chapter 8 Sample Class: Class to input age File: AgeInputVer1.java */ import java.util.*; class AgeInputVer1 { private static final String DEFAULT_MESSAGE = "Your age: "; private Scanner scanner; public AgeInputVer1() { scanner = new Scanner(System.in); } public int getAge() { return getAge(DEFAULT_MESSAGE); } public int getAge(String prompt) { System.out.print(prompt); int age = scanner.nextInt(); return age; } } ``` 使用这个服务类，我们可以编写一个程序来获取一个人的年龄，并计算出他出生的年份： ```java /* Chapter 8 Sample Program: Input a person's age File: Ch8AgeInputMain.java */ import java.util.*; class Ch8AgeInputMain { public static void main(String[] args) { GregorianCalendar today; int age, thisYear, bornYr; String answer; Scanner scanner = new Scanner(System.in); AgeInputVer1 input = new AgeInputVer1(); age = input.getAge("How old are you? "); today = new GregorianCalendar(); thisYear = today.get(Calendar.YEAR); bornYr = thisYear - age; System.out.print("Already had your birthday this year? (Y or N)"); answer = scanner.next(); if (answer.equals("N") || answer.equals("n")) { bornYr--; } System.out.println("\nYou are born in " + bornYr); } } ``` 如果用户输入的不是一个有效的整数，例如 "nine"，程序会抛出 `InputMismatchException` 异常并终止。为了改进这个程序，我们可以使用 `try-catch` 语句来捕获并处理这个异常： ```java public int getAge(String prompt) { int age; boolean keepGoing = true; while (keepGoing) { System.out.print(prompt); try { age = scanner.nextInt(); keepGoing = false; } catch (InputMismatchException e) { scanner.next(); // 移除输入缓冲区中的无效数据 System.out.println("Invalid Entry. Please enter digits only."); } } return age; } ``` 在这个改进后的代码中，我们将可能抛出异常的语句 `age = scanner.nextInt();` 放在 `try` 块中，将处理异常的代码放在 `catch` 块中。如果输入无效，程序会显示错误信息，并继续提示用户输入，直到输入一个有效的整数为止。 我们还可以简化代码，去掉 `boolean` 变量： ```java while (true) { System.out.print(prompt); try { age = scanner.nextInt(); return age; } catch (InputMismatchException e) { scanner.next(); // 移除输入缓冲区中的无效数据 System.out.println("Invalid Entry. Please enter digits only."); } } ``` 改进后的类命名为 `AgeInputVer2`。 ##### 2.3 异常类型 在 Java 中，异常是 `Throwable` 类或其子类的实例。`Throwable` 类有两个子类：`Error` 和 `Exception`。`Error` 类及其子类表示严重的问题，普通应用程序通常不应该捕获这些异常；而 `Exception` 类及其子类表示应该被捕获的错误条件。在实际编程中，我们主要关注 `Exception` 类及其子类。 `Throwable` 类定义了两个方法：`getMessage` 和 `printStackTrace`，我们可以在 `catch` 块中调用这些方法来获取有关抛出异常的信息： ```java try { age = scanner.nextInt(); return age; } catch (InputMismatchException e) { scanner.next(); // 移除输入缓冲区中的无效数据 System.out.println(e.getMessage()); e.printSta ```