异常处理

C#使用throw关键字和try...catch...finally...语句对异常进行抛出和捕获处理，良好的异常处理机制能极大提升我们代码的健壮性。这篇笔记我们学习如何捕获和抛出异常，以及在C#中处理异常的一些常用做法和最佳实践。

捕获异常

下面例子我们捕获一个除以零异常。

int i = 1;
int j = 0;
try
{
    int k = i / j;
}
catch (DivideByZeroException ex)
{
    Console.WriteLine("\nMessage ---\n{0}", ex.Message);
    Console.WriteLine("\nHelpLink ---\n{0}", ex.HelpLink);
    Console.WriteLine("\nSource ---\n{0}", ex.Source);
    Console.WriteLine("\nStackTrace ---\n{0}", ex.StackTrace);
    Console.WriteLine("\nTargetSite ---\n{0}", ex.TargetSite);
}
finally
{
    Console.WriteLine("finally执行");
}

注意异常对象ex的用法，ex中有一些定义好的属性，用来存储异常的各种信息，包括异常消息、错误栈等，我们可以按需取用。

try...catch...finally

完整的异常捕获结构由try、catch和finally三部分组成：

try块：包含可能抛出异常的代码。
catch块：捕获并处理指定类型的异常，可以有0个或多个。
finally块：无论是否发生异常都会执行，通常用于释放资源等收尾工作。

finally块的一个关键特性是即使try或catch中执行了return，finally也依然会被执行，因此它非常适合放置必须执行的清理逻辑。不过对于实现了IDisposable的对象，更推荐使用using语句（详见前置章节），它本质上是try...finally的语法糖。

捕获多个异常

try后面可以跟多个catch块，分别处理不同类型的异常。此时要特别注意顺序，写法上我们必须从具体异常到通用异常排列，否则编译器会报错“后面的catch永远无法到达”。

try
{
    // 可能抛出多种异常的代码
}
catch (DivideByZeroException ex)
{
    // 处理具体的除零异常
}
catch (FormatException ex)
{
    // 处理具体的格式异常
}
catch (Exception ex)
{
    // 通用异常兜底
}

如果只关心捕获而不需要使用异常对象，catch后面也可以不写变量。

catch
{
    Console.WriteLine("发生了一个未知异常");
}

抛出异常

使用throw关键字可以主动抛出一个异常对象。

throw new BusinessException("业务逻辑异常");

throw和throw ex的区别

实际开发时我们经常遇到需要在catch块中重新抛出异常的情况，C#语言中，推荐使用throw;来实现这一需求。语法上，throw ex;虽然也能编译通过，但throw;和throw ex;有一个非常重要且容易忽略的区别，throw ex;会重置堆栈跟踪，丢失异常最初抛出的位置。

try
{
    // ...
}
catch (Exception ex)
{
    // 错误写法：会重置堆栈跟踪，丢失异常最初抛出的位置
    throw ex;
}

try
{
    // ...
}
catch (Exception ex)
{
    // 正确写法：保留原始堆栈跟踪信息
    throw;
}

throw ex;会把堆栈跟踪的起点重置到当前这一行，导致排查问题时看不到异常真正的源头，而单独使用throw;则保留原始堆栈跟踪，因此，如果只是想把异常继续向上抛出，一定要使用throw;。

如果需要在抛出时补充额外的上下文信息，则应该把原异常作为内部异常（inner exception）传给新异常，而不是丢弃它。

try
{
    // 读取配置文件
}
catch (IOException ex)
{
    // 包装为业务异常，同时保留原始异常
    throw new BusinessException("读取配置文件失败", ex);
}

throw表达式（C# 7.0）

C# 7.0起，throw可以作为表达式使用，从而方便地写出“参数为空就抛异常”这类代码。

public void SetName(string name)
{
    _name = name ?? throw new ArgumentNullException(nameof(name));
}

异常筛选器

C# 6.0引入了异常筛选器语法，可以在catch后面使用when关键字附加一个条件，只有条件成立时才进入该catch块。

try
{
    // 发起HTTP请求
}
catch (HttpRequestException ex) when (ex.StatusCode == HttpStatusCode.NotFound)
{
    // 只处理404的情况
}

使用when的好处是条件不满足时异常会继续向上传播，且筛选器是在异常堆栈展开之前执行的，比“先捕获再判断、不匹配再抛出”的写法更高效，也不会破坏原始堆栈跟踪。

使用自定义异常

C#中，所有异常派生自Exception类，其下有两个子类SystemException和ApplicationException，SystemException仅供CLR和.NET内部使用，我们不要自行继承它；ApplicationException是.NET早期设计时，原本打算用它作为所有应用程序级异常基类的，但后来在实践中发现这么做毫无区分价值，因此已废弃。我们自定义异常的标准实现模式是直接继承Exception。

下面例子代码中，我们自定义了一个异常类，并提供了3个标准的构造函数。

class BusinessException : Exception
{
    public BusinessException()
        : base() { }

    public BusinessException(string message)
        : base(message) { }

    public BusinessException(string message, Exception innerException)
        : base(message, innerException) { }
}

下面代码我们抛出这个自定义异常，并使用try...catch...捕获。

try
{
    throw new BusinessException("业务逻辑异常");
}
catch (BusinessException ex)
{
    Console.WriteLine("\nMessage ---\n{0}", ex.Message);
    Console.WriteLine("\nHelpLink ---\n{0}", ex.HelpLink);
    Console.WriteLine("\nSource ---\n{0}", ex.Source);
    Console.WriteLine("\nStackTrace ---\n{0}", ex.StackTrace);
    Console.WriteLine("\nTargetSite ---\n{0}", ex.TargetSite);
}

自定义异常通常以Exception作为类名后缀，如BusinessException，并且应当提供上述三个标准构造函数，尤其是接收message和innerException的构造函数，以便在包装底层异常时保留原始信息。

常见的内置异常

.NET定义了大量内置异常类型，下面列出了其中比较常见的一些异常类，了解它们有助于我们选择正确的异常类型抛出或捕获。

异常类型	说明
`ArgumentNullException`	参数为`null`
`ArgumentException`	参数无效
`ArgumentOutOfRangeException`	参数超出有效范围
`InvalidOperationException`	当前对象状态不允许该操作
`NullReferenceException`	访问了`null`对象的成员
`IndexOutOfRangeException`	数组索引越界
`KeyNotFoundException`	字典中不存在指定的键
`FormatException`	数据格式错误（如`Parse`转换失败）
`DivideByZeroException`	除以零
`OverflowException`	数值运算溢出
`NotImplementedException`	功能尚未实现
`ObjectDisposedException`	访问了已释放的对象

其中ArgumentNullException、ArgumentException这类用于参数校验的异常。实际开发中，Fail Fast是一种符合直觉的良好编程实践，在方法入口处主动抛出异常可以让问题尽早暴露，也便于调用方定位错误。此外，在.NET 6还提供了静态方法简化这类校验。

public void SetName(string name)
{
    ArgumentNullException.ThrowIfNull(name);
    // ...
}

异常处理的最佳实践

不要用异常控制正常的程序流程：异常在抛出和捕获时开销较大，可预期的分支应当使用if等普通判断。
捕获具体的异常类型：避免一律使用catch (Exception)，以免掩盖掉本不应处理的问题。
不要吞异常：catch块中什么都不做（或只Console.WriteLine）会让问题难以排查，至少应记录日志。
不要throw ex;：需要重新抛出时使用throw;，需要包装时使用内部异常。
尽早抛出、尽早失败：参数不合法的异常应在方法入口处抛出。
保证资源释放：优先使用using，必要时使用finally。
抛出合适的异常类型：不要所有错误都抛Exception。

C#异常机制和Java的对比

和Java相比，C#没有受检查异常（checked exception），因此也没有throws关键字，个人认为这是个糟糕的设计，因为编译器不能帮助我们检查某些必要的异常处理是否编写好了。而Java中，一些老旧的库（如JDBC）过度使用了受检查异常，这是库编写的问题，而不是受检查异常机制设计的不好。当然，个人观点仅供参考。

作者：Gacfox