错误处理与异常

错误处理与异常

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关于错误处理

在程序执行的过程中，通常会有以下错误发生：

• 数据错误

  在计算家庭收支的时候，若在应该写金额的一栏上填上了商品名，那么就无法计算。此外，HTML 这种格式的数据的情况下，如果存在没有关闭标签等语法错误，也会导致无法处理数据。

• 系统错误

  硬盘故障等明显的故障，或者没把 CD 插入到驱动器等程序无法恢复的问题。

• 程序错误

  因调用了不存在的方法、弄错参数值或算法错误而导致错误结果等，像这样，程序本身的缺陷也可能会导致错误。

  程序在运行时可能会遇到各种各样的错误。如果对这些错误放任不管，大部分程序都无法正常运行，因此我们需要对这些错误做相应的处理。

• 排除错误的原因

  在文件夹中创建文件时，如果文件夹不存在，则由程序本身创建文件夹。如果程序无法创建文件夹，则需要再考虑其他解决方法。

• 忽略错误

  程序有时候也会有一些无伤大雅的错误。例如，假设运行程序时需要读取某个配置文件，如果我们事前已经在程序中准备好了相应配置的默认值，那么即使无法读取该设定文件，程序也可以忽略这个错误。

• 恢复错误发生前的状态

  向用户提示程序发生错误，指导用户该如何进行下一步处理。

• 重试一次

  曾经执行失败的程序，过一段时间后再重新执行可能就会成功。

• 终止程序

  只是自己一个人用的小程序，也许本来就没必要做错误处理。

  而至于实际应该采取何种处理，则要根据程序代码的规模、应用程序的性质来决定，不能一概而论。但是，对于可预期的错误，我们需要留意以下两点：

• 是否破坏了输入的数据，特别是人工制作的数据。

• 是否可以对错误的内容及其原因做出相应的提示。

  覆盖了原有文件、删除了花费大量时间输入的数据等，像这样的重要数据的丢失、破坏可以说是灾难性的错误。另外，如果错误是由用户造成的，或者程序自身不能修复的话，给用户简明易懂的错误提示，会大大提升程序的用户体验。

异常处理

在程序执行的过程中，如果程序出现了错误就会发生异常。异常发生后，程序会暂时停止运行，并寻找是否有对应的异常处理程序。如果有则执行，如果没有，程序就会显示类似以下信息并终止运行。

> ruby test.rb
test.rb:2:in `initialize': No such file or directory - /no/file(Errno::ENOENT)
        from test.rb:2:in `open'
        from test.rb:2:in `foo'
        from test.rb:2:in `bar'
        from test.rb:9:in `main'

该信息的格式如下：

文件名: 行号:in 方法名: 错误信息（异常类名）
from 文件名: 行号:in 方法名
　　 　┊

以 from 开头的行表示发生错误的位置。

没有异常处理的编程语言的情况下，编程时就需要逐个确认每个处理是否已经处理完毕。在这类编程语言中，大部分程序代码都被花费在错误处理上，因此往往会使程序变得繁杂。

异常处理有以下优点：

• 程序不需要逐个确认处理结果，也能自动检查出程序错误

• 会同时报告发生错误的位置，便于排查错误

• 正常处理与错误处理的程序可以分开书写，使程序便于阅读

异常处理的写法

Ruby 中使用 begin ～ rescue ～ end 语句描述异常处理。

begin
　可能会发生异常的处理
rescue
　发生异常时的处理
end

在 Ruby 中，异常及其相关信息都是被作为对象来处理的。在 rescue 后指定变量名，可以获得异常对象。

begin
　可能会发生异常的处理
rescue => 引用异常对象的变量
　发生异常时的处理
end

即使不指定变量名，Ruby 也会把异常对象赋值给变量 $!。不过，把变量名明确地写出来会使程序更加易懂。

异常发生时被自动赋值的变量

变量 | 意义

• | - $! | 最后发生的异常（异常对象） $@ | 最后发生的异常的位置信息

异常对象的方法

方法名 | 意义

• | - class | 异常的种类 message | 异常信息 backtrace | 异常发生的位置信息（$@ 与 $!.backtrace 是等价的）

下面是 Unix 的 wc 命令的简易版。结果会输出参数中指定的各文件的行数、单词数、字数（字节数），最后输出全部文件的统计结果。

ltotal=0                             # 行数合计
wtotal=0                             # 单词数合计
ctotal=0                             # 字数合计
ARGV.each do |file|
  begin
    input = File.open(file)          # 打开文件（A）
    l=0                              # file 内的行数
    w=0                              # file 内的单词数
    c=0                              # file 内的字数
    input.each_line do |line|
      l += 1
      c += line.size
      line.sub!(/^\s+/, "")          # 删除行首的空白符
      ary = line.split(/\s+/)        # 用空白符分解
      w += ary.size
    end
    input.close                      # 关闭文件
    printf("%8d %8d %8d %s\n", l, w, c, file)  # 整理输出格式
    ltotal += l
    wtotal += w
    ctotal += c
  rescue => ex
    print ex.message, "\n"           # 输出异常信息（B）
    end
end

printf("%8d %8d %8d %s\n", ltotal, wtotal, ctotal, "total")

执行示例

> ruby wc.rb intro.rb sec01.rb sec02.rb
       50       67      1655 intro.rb
       81       92      3455 sec01.rb
      123      162      3420 sec02.rb
      254      321      8520 total

在（A）处无法打开文件时，程序会跳到 rescue 部分。这时，异常对象被赋值给变量 ex，（B）部分的处理被执行。

如果程序中指定了不存在的文件，则会提示发生错误，如下所示。提示发生错误后，并不会马上终止程序，而是继续处理下一个文件。

> ruby wc.rb intro.rb sec01.rb sec02.rb sec03.rb
       50       67      1655 intro.rb
       81       92      3455 sec01.rb
      123      188      3729 sec02.rb
No such file or directory - sec03.rb
      254      321      8520 total

如果发生异常的方法中没有 rescue 处理，程序就会逆向查找调用者中是否定义了异常处理。下面来看看下图这个例子。调用 foo 方法，尝试打开一个不存在的文件。若 File.open 方法发生异常，那么该异常就会跳过 foo 方法以及 bar 方法，被更上一层的 rescue 捕捉。

然而，并不是说每个方法都需要做异常处理，只需根据实际情况在需要留意的地方做就可以了。在并不特别需要解决错误的情况下，也可以不捕捉异常。当然，不捕捉异常就意味着如果有问题发生程序就会马上终止。

后处理

不管是否发生异常都希望执行的处理，在 Ruby 中可以用 ensure 关键字来定义。

begin
　有可能发生异常的处理
rescue => 变量
　发生异常后的处理
ensure
　不管是否发生异常都希望执行的处理
end

现在，假设我们要实现一个拷贝文件的方法，如下所示。下面的 copy 方法是把文件从 from 拷贝到 to。

def copy(from, to)
  src = File.open(from)         # 打开原文件from（A）
  begin
    dst = File.open(to, "w")    # 打开目标文件to（B）
    data = src.read
    dst.write(data)
    dst.close
  ensure
    src.close                   # （C）
  end
end

在（A）部分，如果程序不能打开原文件，那么就会发生异常并把异常返回给调用者。这时，不管接下来的处理是否能正常执行，src 都必须得关闭。关闭 src 的处理在（C）部分执行。ensure 中的处理，在程序跳出 begin ～ end 部分时一定会被执行。即使（B）中的目标文件无法打开，（C）部分的处理也同样会被执行。

重试

在 rescue 中使用 retry 后，begin 以下的处理会再重做一遍。

在下面的例子中，程序每隔 10 秒执行一次 File.open，直到能成功打开文件为止，打开文件后再读取其内容。

file = ARGV[0]
begin
  io = File.open(file)
rescue
  sleep 10
  retry
end

data = io.read
io.close

不过需要注意的是，如果指定了无论如何都不能打开的文件，程序就会陷入死循环中。

rescue 修饰符

与 if 修饰符、unless 修饰符一样，rescue 也有对应的修饰符。

表达式 1 rescue 表达式 2

如果表达式 1 中发生异常，表达式 2 的值就会成为整体表达式的值。也就是说，上面的式子与下面的写法是等价的：

begin
　表达式 1
rescue
　表达式 2
end

我们再来看看下面的例子：

n = Integer(val) rescue 0

Integer 方法当接收到 "123" 这种数值形式的字符串参数时，会返回该字符串表示的整数值，而当接收到 "abc" 这种非数值形式的字符串参数时，则会抛出异常（在判断字符串是否为数值形式时经常用到此方法）。在本例中，如果 val 是不正确的数值格式，就会抛出异常，而 0 则作为 = 右侧整体表达式的返回值。像这样，这个小技巧经常被用在不需要过于复杂的处理，只是希望简单地对变量赋予默认值的时候。

异常处理语法的补充

如果异常处理的范围是整个方法体，也就是说整个方法内的程序都用 begin ～ end 包含的话，我们就可以省略 begin 以及 end，直接书写 rescue 与 ensure 部分的程序。

def foo
　方法体
rescue => ex
　异常处理
ensure
　后处理
end

同样，我们在类定义中也可以使用 rescue 以及 ensure。但是，如果类定义途中发生异常，那么异常发生部分后的方法定义就不会再执行了，因此一般我们不会在类定义中使用它们。

class Foo
　类定义
rescue => ex
　异常处理
ensure
　后处理
end

指定需要捕捉的异常

当存在多个种类的异常，且需要按异常的种类分别进行处理时，我们可以用多个 rescue 来分开处理。

begin
　可能发生异常的处理
rescue Exception1, Exception2 => 变量
　对Exception1 或者Exception2 的处理
rescue Exception3 => 变量
　对Exception3 的处理
rescue
　对上述异常以外的异常的处理
end

通过直接指定异常类，可以只捕捉我们希望处理的异常。

file1 = ARGV[0]
file2 = ARGV[1]
begin
  io = File.open(file1)
rescue Errno::ENOENT, Errno::EACCES
  io = File.open(file2)
end

在本例中，程序如果无法打开 file1 就会打开 file2。程序中捕捉的 Errno::ENOENT 以及 Errno::EACCES，分别是文件不存在以及没权限打开文件时发生的异常。

异常类

之前我们提到过异常也是对象。Ruby 中所有的异常都是 Exception 类的子类，并根据程序错误的种类来定义相应的异常。下图为 Ruby 标准库中的异常类的继承关系。

在 rescue 中指定的异常的种类实际上就是异常类的类名。rescue 中不指定异常类时，程序会默认捕捉 StandardError 类及其子类的异常。

rescue 不只会捕捉指定的异常类，同时还会捕捉其子类。因此，我们在自己定义异常时，一般会先定义继承 StandardError 类的新类，然后再继承这个新类。

MyError = Class.new(StandardError)    # 新的异常类
MyError1 = Class.new(MyError)
MyError2 = Class.new(MyError)
MyError3 = Class.new(MyError)

这样定义后，通过以下方式捕捉异常的话，同时就会捕捉 MyError 类的子类 MyError1、MyError2、MyError3 等。

begin
  ┊
rescue MyError
  ┊
end

在本例中，

MyError = Class.new(StandardError)

上述写法的作用是定义一个继承 StandardError 类的新类，并将其赋值给 MyError 常量。这与 class 语句定义类的效果是一样的。

class MyError < StandardError
end

使用 class 语句，我们可以进行定义方法等操作，但在本例中，由于我们只需要生成继承 StandardError 类的新类就可以了，所以就向大家介绍了这个只需 1 行代码就能实现类的定义的简洁写法。

主动抛出异常

使用 raise 方法，可以使程序主动抛出异常。在基于自己判定的条件抛出异常，或者把刚捕捉到的异常再次抛出并通知异常的调用者等情况下，我们会使用 raise 方法。

raise 方法有以下 4 种调用方式：

• raise message

  抛出 RuntimeError 异常，并把字符串作为 message 设置给新生成的异常对象。

• raise 异常类

  抛出指定的异常。

• raise 异常类，message

  抛出指定的异常，并把字符串作为 message 设置给新生成的异常对象。

• raise

  在 rescue 外抛出 RuntimeError。在 rescue 中调用时，会再次抛出最后一次发生的异常（$!）。