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Java异常处理的基础知识第九章 异常处理 第九章 异常处理 教学提示：本章我们将讨论Java的异常处理机制,并学习如何合理应用异常处理机制,从而使我们编写的Java程序具有稳定性和可靠性。当异常情况发生时，会创建一个代表该异常的对象并在产生异常的方法中引发该对象，这个异常最终会被捕获并进行相应的处理。 教学目标：了解传统错误处理和面向对象中的异常处理的差别；理解异常处理的优越性；掌握如何在程序中抛出、捕获和处理异常；了解自定义异常的方法。 9.1 Java异常处理的基础知识 9.1.1 错误与异常 在程序运行时经常会出现一些非正常的现象,如死循环、非正常退出等，称为运行错误。根据错误性质将运行错误分为两类：错误和异常。 1致命性的错误 如程序进入了死循环，或递归无法结束，或内存溢出，这类现象称为错误。错误只能在编程阶段解决，运行时程序本身无法解决，只能依靠其他程序干预，否则会一直处于非正常状态。 2非致命性的异常 如运算时除数为0，或操作数超出数据范围，或打开一个文件时，发现文件并不存在，或欲装入的类文件丢失，或网络连接中断等，这类现象称为异常。在源程序中加入异常处理代码，当程序运行中出现异常时，由异常处理代码调整程序运行方向，使程序仍可继续运行直至正常处理。 9.1.2 异常处理机制 Java提供了异常处理机制，它是通过面向对象的方法来处理异常的。 1抛出异常 当程序发生异常时，产生一个异常事件，生成一个异常对象，并把它提交给运行系统，再由运行系统寻找相应的代码来处理异常。这个过程称为抛出(throw)一个异常。一个异常对象可以由Java虚拟机生成，也可以由运行的方法生成。异常对象中包含了异常事件类型、程序运行状态等必要的信息。 2捕获异常 异常抛出后，运行时系统从生成对象的代码开始，沿方法的调用栈逐层回溯查找，直到包含相应处理的方法，并把异常对象交给该方法为止，这个过程称为捕获(catch)一个异常。 简单地说，发现异常的代码可以“抛出”一个异常，运行系统“捕获”该异常，交由程序员编写的相应代码进行异常处理。 156 Java程序设计入门与精通 3异常处理的类层次 Java通过错误类和异常类(Exception)来处理错误和异常，而它们都是Throwable类的子类，分别用来处理两组异常。它们的层次结构如图9-1所示。 Object Throwable Exception RuntimeException其它非运行异常子类 Error 其它子类 其它运行异常子类 不必try-catch它 图9-1 异常类层次结构 必须try-catch它 注意：Throwable类是直接由Object类继承而来的一个类，可见Java对异 常控制是非常重视的。 4程序对错误与异常的三种处理方式： 程序不能处理的错误 Error类为错误类，如内存溢出、栈溢出等。这类错误一般由系统进行处理，程序本身无需捕获和处理。例如，运行没有main方法的类将产生NoClassDefFoundError错误。 程序应避免而不捕获的异常 对于运行时异常类,如数组越界等，在程序设计正常时不会发生，在编程时使用数组长度a.length来控制数组的上界即可避免异常发生，而无须使用try-catch-finally语句。因此，这类异常应通过程序调试尽量避免而不是去捕获它。 必须捕获的异常 有些异常在编写程序时是无法预料了，如文件没找到异常、网络通信失败异常等。因此，为了保证程序的健壮性，Java要求必须对可能出现这些异常的代码使用try-catch-finally语句，否则编译无法通过。 文件没有找到异常类。 设计思路：本例访问文件autoexec.bat。在程序中使用了FileInputStream类，在访问文件时会产生文件不存在的异常对象，所以必须捕获的这个异常，否则编译就会出错。 代码： import java.io.*; 157 第九章 异常处理 public class Try3 public static void main(String args) FileInputStream fis=new FileInputStream("autoexec.bat"); System.out.println("I can not found this file!"); 程序运行效果如下： 图9-1 5常见的公用异常类 下面介绍常见的异常类，它们都是RuntimeException的子类。 算术异常ArithmeticException 如果除数为除0，或用0取模会产生ArithmeticException，其它算术操作不会产生异常。 空指针异常NullPointerException 当程序试图访问一个空对象中的变量或方法，或一个空数组中的元素时则会引发NullPointerException异常。例如， int a=null; a0=0; /访问长度为0的数组，产生NullPointerException String str=null; System.out.println(str.length);/访问空字符串的方法，产生NullPointerException 类型强制转换异常ClassCastException 进行类型强制转换时，对于不能进行的转换操作产生ClassCastException异常。例如， Object obj=new Object; String str=(String)obj; 上述语句试图把Object对象强制转换成String对象str,而obj既不是String的实例，也不是String子类的实例，系统不能转换时产生ClassCastException异常。 数组负下标异常NegativeArraySizeException 如果一个数组的长度是负数，则会引发NegativeArraySizeException异常。例如， int a=new int-1; /产生NegativeArraySizeException异常 数组下标越界异常ArrayIndexOutOfBoundsException 158 Java程序设计入门与精通 试图访问数组中的一个非法元素时，引发ArrayIndexOutOfBoundsExceptiony异常。 例如， int a=new int1; a0=0; a1=1; /数组下标越界异常 9.2 异常类的产生、捕获和处理 异常处理的理论似乎十分繁琐，实际使用时却并不复杂。下面我们先通过一个例子来看一下异常产生到捕获并处理的过程。 9.2.1 异常的产生 产生数组下标越界异常和除数为0异常。 设计思路：打印一个数组的所有值。程序编译时没有问题，但运行时正常输出了循环的前4句，但在试图输出A4时，Java抛出了一个数组越界异常类,以及异常发生所在的方法，同时终止程序运行； public class Try1 public static void main(String args) int i=0; int a=5,6,7,8; for(i=0;i<5;i+) System.out.println("a"+i+"="+ai); 程序运行效果如下： 图9-2 9.2.2 使用try-catch-finally语句捕获和处理异常 一般来说，系统捕获抛出的异常对象并输出相应的信息，同时终止程序运行，导致其后程序无法运行。这其实并不是人们所期望的，因此就需要能让程序来接收和处理异常对象，从而不会影响其他语句的执行，这就是捕获异常的意义所在。 159 第九章 异常处理 在Java的异常处理机制中，提供了try-catch-finally语句来捕获和处理一个或多个异常，语法格式如下： try <语句1> catch <语句2> finally <语句3> 其中，<语句1>是可能产生异常的代码；<语句2>是捕获某种异常对象时进行处理的代码，ExceptionType1代表某种异常类，e为相应的对象；<语句3>是其后必须执行的代码，无论是否捕获到异常。 catch语句可以有一个或多个，但至少要有一个catch语句，finally语句可以省略。 try-catch-finally语句的作用是，当try语句中的代码产生异常时，根据异常的不同，由不同catch语句中的代码对异常进行捕获并处理；如果没有异常，则catch语句不执行；而无论是否捕获到异常都必须执行finally中的代码。 异常捕获和处理。 设计思路：本例使用try-catch-finally语句对例9-2中产生的异常进行捕获和处理。 public class Try2 public static void main(String args) int i=0; int a=5,6,7,8; for(i=0;i<5;i+) try System.out.println("a"+i+"="+ai); catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e) System.out.println("数组下标越界异常！"); finally System.out.println("fianlly i="+i); 160 Java程序设计入门与精通 程序运行效果如下： 图9-3 通过这个例子我们再来深入讨论try-catch-finally语句，以及使用时要注意的问题。 try语句 try语句大括号 中的这段代码可能会抛出一个或多个异常。也就是说，当某段代码在运行时可能产生异常的话，需要使用try语句来试图捕获这个异常 catch语句 catch语句的参数类似于方法的声明，包括一个异常类型和一个异常对象。 catch语句可以有多个，分别处理不同类的异常。Java运行时系统从上向下分别对每个catch语句处理的异常类型进行检测，直到找到与类型相匹配的catch语句为止。 如果程序产生的异常和所有catch的处理的异常都不匹配，则这个异常将由Java虚拟机捕获并处理，此时与不使用try-catch-finally语句是一样的，这显然也不是我们所期望的结果。因此一般在使用catch语句时，最后一个将捕获Exception这个所有异常的超类，从而保证异常由对象自身来捕获和处理。 finally语句 try所限定的代码中，当抛出一个异常时，其后的代码不会被执行。通过finally语句可以指定一块代码，无论try所指定的程序块中抛出异常，也无论catch语句的异常类型是否与所抛出的异常的类型一致，finally所指定的代码都要被执行，它提供了统一的出口。该语句是可以省略的。 9.3 抛出异常 如前所述，在捕获一个异常前，必须有一段代码生成一个异常对象并把它抛出。抛出异常的既可以是Java运行时系统，如例9-2；也可以是程序员自己编写的代码，即在try语句中的代码本身不会有系统产生异常，而是由程序员故意抛出异常。 161 第九章 异常处理 9.3.1使用throw语句抛出异常 使用throw语句抛出异常格式如下： throw <异常对象> 其中，throw是关键字，<异常对象>是创建的异常类对象。 抛出异常。 设计思路：本例为求1-20的阶乘。在该例中使用主动抛出异常、再捕获并处理异常的方式解决数据溢出的问题。在每次乘法前先判断，如果结果会溢出，则由throw语句抛出一个异常，再由catch语句对捕获的异常进行处理。 public class Try5 public void run(byte k) byte y=1,i=1; System.out.print(k+"!="); /不换行输出 for(i=1;i<=k;i+) try if(y>Byte.MAX_VALUE/i) /Integer类的常量，表示最大值 throw new Exception("overflow"); /溢出时抛出异常 else y=(byte)(y*i); catch(Exception e) System.out.println("exception:"+e.getMessage); e.printStackTrace; /显示异常信息 System.exit(0); System.out.println(y); public static void main(String args) Try5 a=new Try5; for(byte i=1;i<10;i+) a.run(i); 162 Java程序设计入门与精通 程序运行效果如下： 图9-4 9.3.2抛出异常的方法与调用方法处理异常 抛出异常的方法 在方法声明中，添加throws子句表示该方法将抛出异常。带有throws子句的方法的声明格式如下： <修饰符><返回值类型><方法名>(<参数列表>)throws<异常类> 其中，throws是关键字，<异常类>是方法要抛出的异常类，可以声明多个异常类，用逗号隔开。 注意：将throws子句与throws在语法和使用上要加以区别。 由调用方法处理异常 由一个方法抛出异常后，系统将异常向上传播，由调用它的方法来处理这些异常。 抛出异常的方法与调用方法处理异常 设计思路：本例在计算阶乘的calc方法中抛出数据溢出的异常。程序运行时，在Calc 方法中生成的异常通过调用栈传递给run方法，由run方法进行处理。 public class Try6 public void calc(byte k) throws Exception /抛出异常 byte y=1,i=1; System.out.print(k+"!="); for(i=1;i<=k;i+) try if(y>Byte.MAX_VALUE/i) /Integer类的常量，表示最大值 throw new Exception("overflow"); /溢出时抛出异常 else y=(byte)(y*i); catch(Exception e) 163 第九章 异常处理 System.out.println("exception:"+e.getMessage); e.printStackTrace; System.exit(0); System.out.println(y); public void run(byte k) /捕获并处理异常 try calc(k); catch(Exception e) System.out.println("exception:"+e.getMessage); e.printStackTrace; System.exit(0); public static void main(String args) Try6 a=new Try6; for(byte i=1;i<10;i+) a.run(i); 程序运行效果如下： 图9-5 同throw一样，如果某个方法声明抛出异常，则调用它的方法必须捕获及处理异常，否则会出现异常错误。 9.3.3 由方法抛出异常交系统处理 对于程序中需要处理的异常，一般编写try-catch-finally语句捕获并处理；而对于程序中无法处理必须由系统处理的异常，可以使用throw语句在方法中抛出异常交系统处理。例如，对于文件流操作，将必须捕获的系统定义的异常交由系统系统处理。 164 Java程序设计入门与精通 public class Demo1 /异常用法举例 static int a,b,c; public static void main(String args) try a=100; b=Integer.parseInt(args0); if(b=13) throw(new ArithmeticException); /方法中抛出异常 c=a/b; System.out.println("a/b="+c); catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e) System.out.println("没有命令行第一个参数"); catch(ArithmeticException e) System.out.println("算数运算错误"); 9.4 自定义异常类 虽然Java已经预定义了很多异常类，但有的情况下，程序员不仅需要自己抛出异常，还要创建自己的异常类。这时可以通过创建Exception的子类来定义自己的异常类。 下面给出一些原则，提示读者何时需要自定义异常类。满足下列任何一种或多种情况就应该考虑自己定义异常类。 1 Java异常类体系中不包含所需要的异常类型。 2 用户需要将自己所提供类的异常与其他人提供的异常进行区分。 3 类中将多次抛出这种类型的异常。 4 如果使用其它程序包中定义的异常类，将影响程序包的独立性与自包含性。 自定义异常类。 设计思路：此例中定义了一个异常类MyException，该类是java.lang.Exception类的子类，只包含了两个简单的构造方法。UsingMyexception类包含了两个方法f和g，这两个方法中分别声明并抛出了MyException类型的异常。在TestMyExceptionlei类的main方法中，访问了UsingMyException类的f和g，并用try-catch语句实现了异常处理。在捕获了f 和g抛出的异常后，将在相应的Catch语句块中输出异常的信息，并输出异常发生位置的堆栈跟踪轨迹。 代码： class MyException extends Exception /自定义异常类 165 第九章 异常处理 MyException MyException(String msg) super(msg); class UsingMyException /抛出异常类 Void f throws MyException System.out.println("Throws MyException from f"); throw new MyException; Void g throws MyException System.out.println("Throws MyException from g"); throw new MyException("originated in g"); public class TestMyException /捕获并处理异常 public static void main(String args) UsingMyException m=new UsingMyException; /创建自定义异常类对象 try m.f; catch(MyException e) e.printStackTrace; try m.g; catch(MyException e) e.printStackTrace; 程序运行效果如下： 166 Java程序设计入门与精通 图9-6 167