Обработка ошибок ввода

Handling I/O errors in .NET

In addition to the exceptions that can be thrown in any method call (such as an xref:System.OutOfMemoryException when a system is stressed or an xref:System.NullReferenceException due to programmer error), .NET file system methods can throw the following exceptions:

• xref:System.IO.IOException?displayProperty=nameWithType, the base class of all xref:System.IO exception types. It is thrown for errors whose return codes from the operating system don’t directly map to any other exception type.
• xref:System.IO.FileNotFoundException?displayProperty=nameWithType.
• xref:System.IO.DirectoryNotFoundException?displayProperty=nameWithType.
• xref:System.IO.DriveNotFoundException??displayProperty=nameWithType.
• xref:System.IO.PathTooLongException?displayProperty=nameWithType.
• xref:System.OperationCanceledException?displayProperty=nameWithType.
• xref:System.UnauthorizedAccessException?displayProperty=nameWithType.
• xref:System.ArgumentException?displayProperty=nameWithType, which is thrown for invalid path characters on .NET Framework and on .NET Core 2.0 and previous versions.
• xref:System.NotSupportedException?displayProperty=nameWithType, which is thrown for invalid colons in .NET Framework.
• xref:System.Security.SecurityException?displayProperty=nameWithType, which is thrown for applications running in limited trust that lack the necessary permissions on .NET Framework only. (Full trust is the default on .NET Framework.)

Mapping error codes to exceptions

Because the file system is an operating system resource, I/O methods in both .NET Core and .NET Framework wrap calls to the underlying operating system. When an I/O error occurs in code executed by the operating system, the operating system returns error information to the .NET I/O method. The method then translates the error information, typically in the form of an error code, into a .NET exception type. In most cases, it does this by directly translating the error code into its corresponding exception type; it does not perform any special mapping of the error based on the context of the method call.

For example, on the Windows operating system, a method call that returns an error code of ERROR_FILE_NOT_FOUND (or 0x02) maps to a xref:System.IO.FileNotFoundException, and an error code of ERROR_PATH_NOT_FOUND (or 0x03) maps to a xref:System.IO.DirectoryNotFoundException.

However, the precise conditions under which the operating system returns particular error codes is often undocumented or poorly documented. As a result, unexpected exceptions can occur. For example, because you are working with a directory rather than a file, you would expect that providing an invalid directory path to the xref:System.IO.DirectoryInfo.%23ctor%2A constructor throws a xref:System.IO.DirectoryNotFoundException. However, it may also throw a xref:System.IO.FileNotFoundException.

Exception handling in I/O operations

Because of this reliance on the operating system, identical exception conditions (such as the directory not found error in our example) can result in an I/O method throwing any one of the entire class of I/O exceptions. This means that, when calling I/O APIs, your code should be prepared to handle most or all of these exceptions, as shown in the following table:

Handling IOException

As the base class for exceptions in the xref:System.IO namespace, xref:System.IO.IOException is also thrown for any error code that does not map to a predefined exception type. This means that it can be thrown by any I/O operation.

[!IMPORTANT]
Because xref:System.IO.IOException is the base class of the other exception types in the xref:System.IO namespace, you should handle in a catch block after you’ve handled the other I/O-related exceptions.

In addition, starting with .NET Core 2.1, validation checks for path correctness (for example, to ensure that invalid characters are not present in a path) have been removed, and the runtime throws an exception mapped from an operating system error code rather than from its own validation code. The most likely exception to be thrown in this case is an xref:System.IO.IOException, although any other exception type could also be thrown.

Note that, in your exception handling code, you should always handle the xref:System.IO.IOException last. Otherwise, because it is the base class of all other IO exceptions, the catch blocks of derived classes will not be evaluated.

In the case of an xref:System.IO.IOException, you can get additional error information from the IOException.HResult property. To convert the HResult value to a Win32 error code, you strip out the upper 16 bits of the 32-bit value. The following table lists error codes that may be wrapped in an xref:System.IO.IOException.

You can handle these using a When clause in a catch statement, as the following example shows.

[!code-csharpio-exception-handling]
[!code-vbio-exception-handling]

See also

• Handling and throwing exceptions in .NET
• Exception handling (Task Parallel Library)
• Best practices for exceptions
• How to use specific exceptions in a catch block

Глава 9

Обработка исключений

Основные навыки и понятия

• Представление об иерархии исключений
• Использование ключевых слов try и catch
• Последствия неперехвата исключений
• Применение нескольких операторов catch
• Перехват исключений, генерируемых подклассами
• Вложенные блоки try
• Генерирование исключений
• Представление о членах класса Throwable
• Использование ключевого слова finally
• Использование ключевого слова throws
• Представление о исключениях, встроенные в Java
• Создание специальных классов исключений

В этой главе речь пойдет об обработке исключительный ситуаций, или просто исключений. Исключение — это ошибка, возникающая в процессе выполнения программы. Используя подсистему обработки исключений Java, можно контролировать реакцию программы на появление ошибок в ходе ее выполнения. Средства обработки исключений в том или ином виде присутствуют практически во всех современных языках программирования. Можно смело утверждать, что в Java подобные инструментальные средства отличаются большей гибкостью, более понятны и удобны в употреблении по сравнению с большинством других языков программирования.

Преимущество обработки исключений заключается в том, что она автоматически предусматривает реакцию на многие ошибки, избавляя от необходимости писать вручную соответствующий код. Например, в некоторых старых языках программирования предусматривается возврат специального кода при возникновении ошибки в ходе выполнения метода. Этот код приходится проверять вручную при каждом вызове метода. Такой подход к обработке ошибок вручную трудоемок и чреват погрешностями. Обработка исключений упрощает этот процесс, давая возможность определять в программе блок кода, называемый обработчиком исключения и автоматически выполняющийся при возникновении ошибки. Это избавляет от необходимости проверять вручную, насколько удачно или неудачно была выполнена та или иная операция или вызов метода. Если возникнет ошибка, все необходимые действия по ее обработке выполнит обработчик исключений.

В Java определены стандартные исключения для наиболее часто встречающихся программных ошибок, в том числе деления на нуль или попытки открыть несуществующий файл. Для того чтобы обеспечить требуемую реакцию на конкретную ошибку, в программу следует включить соответствующий обработчик событий. Исключения широко применяются в библиотеке Java API.

Иерархия исключений

В Java все исключения представлены отдельными классами. Все классы исключений являются потомками класса Throwable. Так, если в программе возникнет исключительная ситуация, будет сгенерирован объект класса, соответствующего определенному типу исключения. У класса Throwable имеются два непосредственных подкласса: Exception и Error. Исключения типа Error относятся к ошибкам, возникающим в виртуальной машине Java, а не в прикладной программе. Контролировать такие исключения невозможно, поэтому реакция на них в прикладной программе, как правило, не предусматривается. В связи с этим исключения данного типа не будут описываться в этой книге.

Ошибки, связанные с выполнением действий в программе, представлены отдельными подклассами, производными от класса Exception. К этой категории, в частности, относятся ошибки деления на нуль, выхода за границы массива и обращения к файлам. Подобные ошибки следует обрабатывать в самой программе. Важным подклассом, производным от Exception, является класс RuntimeException, который служит для представления различных видов ошибок, часто встречающихся при выполнении программ.

Общее представление об обработке исключений

Для обработки исключений в Java предусмотрены пять ключевых слов: try, catch, throw, throws и finally. Они образуют единую подсистему, в которой использование одного ключевого слова почти всегда автоматически влечет за собой употребление другого. Каждое из упомянутых выше ключевых слов будет подробно рассмотрено далее в этой главе. Но прежде следует дать общее представление об их роли в процессе обработки исключений. Поэтому ниже поясняется вкратце, каким образом они действуют.

Операторы, в которых требуется отслеживать появление исключений, помещаются в блок try. Если в блоке try будет сгенерировано исключение, его можно перехватить и обработать нужным образом. Системные исключения генерируются автоматически. А для того чтобы сгенерировать исключение вручную, следует воспользоваться ключевым словом throw. Иногда возникает потребность обрабатывать исключения за пределами метода, в котором они возникают, и для этой цели служит ключевое слово throws. Если же некоторый фрагмент кода должен быть выполнен обязательно и независимо от того, возникнет исключение или нет, его следует поместить в блок finally.

Использование ключевых слов try и catch

Основными языковыми средствами обработки исключений являются ключевые слова try и catch. Они используются совместно. Это означает, что нельзя указать ключевое слово catch в коде, не указав ключевое слово try. Ниже приведена общая форма записи блоков try/catch, предназначенных для обработки исключений.

try {
    // Блок кода, в котором должны отслеживаться ошибки
}
catch (тип_исключения_1 объект_исключения) {
    // Обработчик исключения тип_исключения_1
}
catch (тип_исключения_2 объект_исключения) {
    // Обработчик исключения тип_исключения_2
}

В скобках, следующих за ключевым словом catch, указываются тип исключения и переменная, ссылающаяся на объект данного типа. Когда возникает исключение, оно перехватывается соответствующим оператором catch, обрабатывающим это исключение. Как следует из приведенной выше общей формы записи, с одним блоком try может быть связано несколько операторов catch. Тип исключения определяет, какой именно оператор catch будет выполняться. Так, если тип исключения соответствует типу оператора catch, то именно он и будет выполнен, а остальные операторы catch — пропущены. При перехвате исключения переменной, указанной в скобках после ключевого слова catch, присваивается ссылка на объект_исключения.

Следует иметь в виду, что если исключение не генерируется, блок try завершается обычным образом и ни один из его операторов catch не выполняется. Выполнение программы продолжается с первого оператора, следующего за последним оператором catch. Таким образом, операторы catch выполняются только при появлении исключения.

На заметку.
В версии JDK 7 внедрена новая форма оператора try, поддерживающая автоматическое управления ресурсами и называемая оператором try с ресурсами. Более подробно она описывается в главе 10 при рассмотрении потоков ввода-вывода, в том числе и тех, что связаны с файлами, поскольку потоки ввода-вывода относятся к числу ресурсов, наиболее употребительных в прикладных программах.

Простой пример обработки исключений

Рассмотрим простой пример, демонстрирующий перехват и обработку исключения. Как известно, попытка обратиться за границы массива приводит к ошибке, и виртуальная машина Java генерирует соответствующее исключение ArraylndexOutOf BoundsException. Ниже приведен код программы, в которой намеренно создаются условия для появления данного исключения, которое затем перехватывается.

// Демонстрация обработки исключений,
class ExcDemol {
    public static void main (String args[]) {
        int nums[] = new int[4];

        // Создание блока try.
        try {
            System.out.println("Before exception is generated.");

            // Попытка обратиться за границы массива.
            nums[7] = 10;
            System.out.println("this won't be displayed");
        }
        // Перехват исключения в связи с обращением за границы массива.
        catch (ArraylndexOutOfBoundsException exc) {
            System.out.println("Index out-of-bounds!");
        }
        System.out.println("After catch statement.");
    }
}

Результат выполнения данной программы выглядит следующим образом:

Before exception is generated.
Index out-of-bounds!
After catch statement.

Несмотря на всю простоту данного примера программы, он наглядно демонстрирует несколько важных особенностей обработки исключений. Во-первых, код, подлежащий проверке на наличие ошибок, помещается в блок try. И во-вторых, когда возникает исключение (в данном случае это происходит при попытке обратиться за границы массива), выполнение блока try прерывается и управление получает блок catch. Следовательно, явного обращения к блоку catch не происходит, но переход к нему осуществляется лишь при определенном условии, возникающем в ходе выполнения программы. Так, оператор вызова метода println(), следующий за выражением, в котором происходит обращение к несуществующему элементу массива, вообще не выполняется. По завершении блока catch выполнение программы продолжается с оператора, следующего за этим блоком. Таким образом, обработчик исключений предназначен для устранения программных ошибок, приводящих к исключительным ситуациям, а также для обеспечения нормального продолжения исполняемой программы.

Как упоминалось выше, если в блоке try не возникнут исключения, операторы в блоке catch не получат управление и выполнение программы продолжится после блока catch. Для того чтобы убедиться в этом, измените в предыдущей программе строку кода

на следующую строку кода:

Теперь исключение не возникнет и блок catch не выполнится.

Важно понимать, что исключения отслеживаются во всем коде в блоке try. К их числу относятся исключения, которые могут быть сгенерированы методом, вызываемым из блока try. Исключения, возникающие в вызываемом методе, перехватываются операторами в блоке catch, связанном с блоком try. Правда, это произойдет лишь в том случае, если метод не обрабатывает исключения самостоятельно. Рассмотрим в качестве примера следующую программу:

/* Исключение может быть сгенерировано одним методом,
   а перехвачено другим. */

class ExcTest {
    // сгенерировать исключение
    static void genException()  {
        int nums[] = new int[4];

        System.out.println("Before exception is generated.");

        // Здесь генерируется исключение в связи с
        // обращением за границы массива.
        nums[7] = 10;
        System.out.println("this won't be displayed");
    }
}

class ExcDemo2 {
    public static void main(String args[])  {
        try {
            ExcTest.genException() ;
        }
        //А здесь исключение перехватывается.
        catch (ArraylndexOutOfBoundsException exc) {
            System.out.println("Index out-of-bounds!");
        }
        System.out.println("After catch statement.");
    }
}

Выполнение этой версии программы дает такой же результат, как и при выполнении ее предыдущей версии. Этот результат приведен ниже.

Before exception is generated.
Index out-of-bounds!
After catch statement.

Метод genException() вызывается из блока try, и поэтому генерируемое, но не перехватываемое в нем исключение перехватывается далее в блоке catch в методе main(). Если бы метод genException() сам перехватывал исключение, оно вообще не дошло бы до метода main().

Последствия неперехвата исключений

Перехват стандартного исключения Java, продемонстрированный в предыдущем примере, позволяет предотвратить завершение программы вследствие ошибки. Генерируемое исключение должно быть перехвачено и обработано. Если исключение не обрабатывается в программе, оно будет обработано виртуальной машиной Java. Но дело в том, что по умолчанию виртуальная машина Java аварийно завершает программу, выводя сообщение об ошибке и трассировку стека исключений. Допустим, в предыдущем примере попытка обращения за границы массива не отслеживается и исключение не перехватывается, как показано ниже.

// Обработка ошибки средствами виртуальной машины Java,
class NotHandled {
    public static void main(String args[]) {
        int nums[] = new int[4];

        System.out.println("Before exception is generated.");

        // Попытка обращения за границы массива,
        nums[7] = 10;
    }
}

При появлении ошибки, связанной с обращением за границы массива, выполнение программы прекращается и выводится следующее сообщение:

Exception in thread "main" java.lang.ArraylndexOutOfBoundsException: 7 at NotHandled.main(NotHandled.java:9)

Оно полезно на этапе отладки, но пользователям программы эта информация вряд ли нужна. Именно поэтому очень важно, чтобы программы обрабатывали исключения самостоятельно и не поручали эту задачу виртуальной машине Java.

Как упоминалось выше, тип исключения должен соответствовать типу, указанному в операторе catch. В противном случае исключение не будет перехвачено. Так, в приведенном ниже примере программы делается попытка перехватить исключение, связанное с обращением за границы массива, с помощью оператора catch, в котором указан тип ArithmeticException еще одного встроенного в Java исключения. При неправильном обращении к массиву будет сгенерировано исключение ArraylndexOutOfBoundsException, не соответствующее типу, указанному в операторе catch. В результате программа будет завершена аварийно.

// Эта программа не будет работать нормально!
class ExcTypeMismatch {
    public static void main(String args[]) {
        int nums[] = new int[4];
        try {
        System.out.println("Before exception is generated.");
        // При выполнении следующего оператора возникает
        // исключение ArraylndexOutOfBoundsException
        nums[7] = 10;
        System.out.println("this won’t be displayed");
        }
        /* Исключение, связанное с обращением за границы массива,
        нельзя обработать с помощью оператора catch, в котором
        указан тип исключения ArithmeticException. */
        catch (ArithmeticException exc) {
        System.out.println("Index out-of-bounds!");
        }
        System.out.println("After catch statement.");
    }
}

Ниже приведен результат выполнения данной программы.

Before exception is generated.
Exception in thread "main" java.lang.ArraylndexOutOfBoundsException: 7
    at ExcTypeMismatch.main(ExcTypeMismatch.java:10)

Нетрудно заметить, что оператор catch, в котором указан тип исключения ArithmeticException, не может перехватить исключение ArraylndexOutOfBoundsException.

Обработка исключений — изящный способ устранения программных ошибок

Одно из главных преимуществ обработки исключений заключается в том, что она позволяет вовремя отреагировать на ошибку в программе и затем продолжить ее выполнение. В качестве примера рассмотрим еще одну программу, в которой элементы одного массива делятся на элементы другого. Если при этом происходит деление на нуль, то генерируется исключение ArithmeticException. Обработка подобного исключения заключается в том, что программа уведомляет об ошибке и затем продолжает свое выполнение. Таким образом, попытка деления на нуль не приведет к аварийному завершению программы из-за ошибки при ее выполнении. Вместо этого ошибка обрабатывается изящно, не прерывая выполнение программы.

// Изящная обработка исключения и продолжение выполнения программы,
class ExcDemo3 {
    public static void main(String args[])  {
        int numer[] = { 4, 8, 16, 32, 64, 128 };
        int denom[] = { 2, 0, 4, 4, 0, 8 };

        for(int i=0; i<numer.length; i++)   {
            try {
                System.out.println(numer[i] + " / " +
                                   denom[i] + " is " +
                                   numer[i]/denom[i]);
            }
            catch (ArithmeticException exc) {
                // перехватить исключение
                System.out.println("Can't divide by Zero!");
            }
        }
    }
}

Результат выполнения данной программы выглядит следующим образом:

4 / 2 is 2
Can't divide by Zero!
16/ 4 is 4
32 / 4 is 8
Can't divide by Zero!
128 / 8 is 16

Данный пример демонстрирует еще одну важную особенность: обработанное исключение удаляется из системы. Иными словами, на каждом шаге цикла блок try выполняется в программе сызнова, а все возникшие ранее исключения считаются обработанными. Благодаря этому в программе могут обрабатываться повторяющиеся ошибки.

Применение нескольких операторов catch

Как пояснялось ранее, с блоком try можно связать несколько операторов catch. Обычно разработчики так и поступают на практике. Каждый из операторов catch должен перехватывать отдельный тип исключений. Например, в приведенной ниже программе обрабатываются как исключения, связанные с обращением за границы массива, так и ошибки деления на нуль.

// Применение нескольких операторов catch.  '
class ExcDemo4 {
    public static void main(String args[]) {
        // Здесь массив numer длиннее массива denom.
        int numer[] = { 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512 };
        int denom[] = { 2, 0, 4, 4, 0, 8 };

        for(int i=0; i<numer.length; i++)   {
            try {
                System.out.println(numer[i] + " / " +
                                   denom[i] + " is " +
                                   numer[i]/denom[i]);
            }
            // За блоком try следует несколько блоков catch подряд,
            catch (ArithmeticException exc) {
                // перехватить исключение
                System.out.println("Can't divide by Zero!");
            }
            catch (ArraylndexOutOfBoundsException exc) {
                // перехватить исключение
                System.out.println("No matching element found.");
            }
        }
    }
}

Выполнение этой программы дает следующий результат:

4 / 2 is 2
Can't divide by Zero!
16 / 4 is 4
32 / 4 is 8
Can't divide by Zero!
128 / 8 is 16
No matching element found.
No matching element found.

Как подтверждает приведенный выше результат выполнения программы, в каждом блоке оператора catch обрабатывается свой тип исключения.

Вообще говоря, выражения с операторами catch проверяются в том порядке, в котором они встречаются в программе. И выполняется лишь тот из них, который соответствует типу возникшего исключения. А остальные блоки операторов catch просто игнорируются.

Перехват исключений, генерируемых подклассами

В отношении подклассов следует отметить еще одну интересную особенность применения нескольких операторов catch: условие перехвата исключений для суперкласса будет справедливо и для любых его подклассов. Например, класс Throwable является суперклассом для всех исключений, поэтому для перехвата всех возможных исключений в операторах catch следует указывать тип Throwable. Если же требуется перехватывать исключения типа суперкласса и типа подкласса, то в блоке операторов первым должен быть указан тип исключения, генерируемого подклассом. В противном случае вместе с исключением типа суперкласса будут перехвачены и все исключения производных от него классов. Это правило соблюдается автоматически, и если указать первым тип исключения, генерируемого суперклассом, то будет создан недостижимый код, поскольку условие перехвата исключения, генерируемого подклассом, никогда не будет выполнено. А ведь недостижимый код в Java считается ошибкой.

Рассмотрим в качестве примера следующую программу

//В операторах catch исключения типа подкласса должны
// предшествовать исключениям типа суперкласса,
class ExcDemo5 {
    public static void main(String args[]) {
        // Здесь массив numer длиннее массива denom.
        int numer[] = { 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512 };
        int denom[] = { 2, 0, 4, 4, 0, 8 };

        for(int i=0; i<numer.length; i++)   {
            try {
                System.out.println(numer[i] + " / " +
                                   denom[i] + " is " +
                                   numer[i]/denom[i]);
            }
            // Перехват исключения от подкласса.
            catch (ArraylndexOutOfBoundsException exc) {
                System.out.println("No matching element found.");
            }
            // Перехват исключения от суперкласса.
            catch (Throwable exc) {
                System.out.println("Some exception occurred.");
            }
        }
    }
}

Ниже приведен результат выполнения данной программы.

4 / 2 is 2
Some exception occurred.
16 / 4 is 4
32 / 4 is 8
Some exception occurred.
128 / 8 is 16
No matching element found.
No matching element found.

В данном случае оператор catch (Throwable) перехватывает все исключения, кроме ArraylndexOutOfBoundsException. Соблюдение правильного порядка следования операторов catch приобретает особое значение в том случае, когда исключения генерируются в самой программе.

Вложенные блоки try

Блоки try могут быть вложенными друг в друга. Исключение, возникшее во внутреннем блоке try и не перехваченное связанным с ним блоком catch, распростра¬няется далее во внешний блок try и обрабатывается связанным с ним блоком catch. Такой порядок обработки исключений демонстрируется в приведенном ниже примере программы, где исключение ArraylndexOutOfBoundsException не перехватывается во внутреннем блоке catch, но обрабатывается во внешнем.

// Применение вложенных блоков try.
class NestTrys {
    public static void main(String args[]) {
        // Массив numer длиннее, чем массив denom.
        int numer[] = { 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512 };
        int denom[] = { 2, 0, 4, 4, 0, 8 };

        // Вложенные блоки try.
        try { // Внешний блок try.
            for(int i=0; i<numer.length; i++)   {
                try { // Внутренний блок try.
                    System.out.println(numer[i] + " / " +
                                       denom[i] + " is " +
                                       numer[i]/denom[i]) ;
                }
                catch (ArithmeticException exc) {
                    // перехватить исключение
                    System.out.println("Can't divide by Zero!");
                }
            }
        }
        catch (ArraylndexOutOfBoundsException exc) {
            // перехватить исключение
            System.out.println("No matching element found.");
            System.out.println("Fatal error - program terminated.");
        }
    }
}

Выполнение этой программы может дать, например, следующий результат:

4 / 2 is 2
Can't divide by Zero!
16 / 4 is 4
32 / 4 is 8
Can't divide by Zero!
128 / 8 is 16
No matching element found.
Fatal error - program terminated.

В данном примере исключение, которое может быть обработано во внутреннем блоке try (в данном случае ошибка деления на нуль), не мешает дальнейшему выполнению программы. А вот ошибка превышения границ массива перехватывается во внешнем блоке try, что приводит к аварийному завершению программы.

Ситуация, продемонстрированная в предыдущем примере, является не единственной причиной для применения вложенных блоков try, хотя она встречается очень часто. В этом случае вложенные блоки try помогают по-разному обрабатывать разные типы ошибок. Одни ошибки невозможно устранить, а для других достаточно предусмотреть сравнительно простые действия. Внешний блок try чаще всего используется для перехвата критических ошибок, а менее серьезные ошибки обрабатываются во внутреннем блоке try.

Генерирование исключений

В предыдущих примерах программ обрабатывались исключения, автоматически генерируемые виртуальной машиной Java. Но генерировать исключения можно и вручную, используя для этого оператор throw. Ниже приведена общая форма этого оператора.

где объект_исключения должен быть объектом класса, производного от класса Throwable.

Ниже приведен пример программы, демонстрирующий применение оператора throw. В этой программе исключение ArithmeticException генерируется вручную.

// Генерирование исключения вручную,
class ThrowDemo {
    public static void main(String args[])  {
        try {
            System.out.println("Before throw.");
                // Генерирование исключения.
                throw new ArithmeticException() ;
        }
        catch (ArithmeticException exc) {
            // перехватить исключение
            System.out.println("Exception caught.");
        }

        System.out.println("After try/catch block.");
    }
}

Выполнение этой программы дает следующий результат:

Before throw.
Exception caught.
After try/catch block.

Обратите внимание на то, что исключение ArithmeticException генерируется с помощью ключевого слова new в операторе throw. Дело в том, что оператор throw генерирует исключение в виде объекта. Поэтому после ключевого слова throw недостаточно указать только тип исключения, нужно еще создать объект для этой цели.

Повторное генерирование исключений

Исключение, перехваченное блоком catch, может быть повторно сгенерировано для обработки другим аналогичным блоком. Чаще всего повторное генерирование исключений применяется с целью предоставить разным обработчикам доступ к исключению. Так, например, повторное генерирование имеет смысл в том случае, если один обработчик оперирует одним свойством исключения, а другой обработчик ориентирован на другое его свойство. Повторно сгенерированное исключение не может быть перехвачено тем же самым блоком catch. Оно распространяется в другие блоки catch.

Ниже приведен пример программы, демонстрирующий повторное генерирование исключений.

//•Повторное генерирование исключений,
class Rethrow {
    public static void genException()   {
        // Массив numer длиннее маесивв denom.
        int numer[] = { 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512 };
        int denom[] = { 2, 0, 4, 4, 0, 8 };

        for(int i=0; i<numer.length; i++)   {
            try {
                System.out.println(numer[i] + " / " +
                                   denom[i] + " is " +
                                   numer[i]/denom[i]);
            }
            catch (ArithmeticException exc) {
                // перехватить исключение
                System.out.println("Can11 divide by Zero!");
            }
            catch (ArraylndexOutOfBoundsException exc) {
                // перехватить исключение
                System.out.println("No matching element found.");
                throw exc; // Повторное генерирование исключения.
            }
        }
    }
}

class RethrowDemo {
    public static void main(String args[])  {
        try {
            Rethrow.genException();
        }
        catch(ArraylndexOutOfBoundsException exc) {
            // Перехват повторно сгенерированного включения.
            System.out.println("Fatal error - " +
                               "program terminated.");
        }
    }
}

В данной программе ошибка деления на нуль обрабатывается локально в методе genException(), а при попытке обращения за границы массива исключение генерируется повторно. На этот раз оно перехватывается в методе main().

Подробнее о классе Throwable

В приведенных до сих примерах программ только перехватывались исключения, но не выполнялось никаких действий над представляющими их объектами. В выражении оператора catch указываются тип исключения и параметр, принимающий объект исключения. А поскольку все исключения представлены подклассами, производными от класса Throwable, то они поддерживают методы, определенные в этом классе. Некоторые наиболее употребительные методы из класса Throwable приведены в табл. 9.1.

Таблица 9.1. Наиболее употребительные методы из класса Throwable

Среди методов, определенных в классе Throwable, наибольший интерес представляют методы pr intStackTrace() и toString(). С помощью метода printStackTrace() можно вывести стандартное сообщение об ошибке и запись последовательности вызовов методов, которые привели к возникновению исключения, А метод toString() позволяет получить стандартное сообщение об ошибке. Этот метод также вызывается в том случае, когда объект исключения передается в качестве параметра методу println(). Применение этих методов демонстрируется в следующем примере программы:

// Применение методов из класса Throwable.
class ExcTest {
    static void genException()  {
        int nums[] = new int[4];

        System.out.println("Before exception is generated.");

        // сгенерировать исключение в связи с попыткой
        // обращения за границы массива
        nums[7] = 10;
        System.out.println("this won't be displayed");
    }
}

class UseThrowableMethods {
    public static void main(String args[])  {

        try {
            ExcTest.genException() ;
        }
        catch (ArraylndexOutOfBoundsException exc) {
            // перехватить исключение
            System.out.println("Standard message is: ");
            System.out.println(exc) ;
            System.out.println("nStack trace: ");
            exc.printStackTrace();
        }

        System.out.println("After catch statement.");
    }
}

Результат выполнения данной программы выглядит следующим образом:

Before exception is generated.
Standard message is:
java.lang.ArraylndexOutOfBoundsException: 7

Stack trace:
java.lang.ArraylndexOutOfBoundsException: 7
    at ExcTest.genException(UseThrowableMethods.java:10)
    at UseThrowableMethods.main(UseThrowableMethods.java:19)
After catch statement.

Использование ключевого слова finally

Иногда требуется определить кодовый блок, который должен выполняться по завершении блока try/catch. Допустим, в процессе работы программы возникло исключение, требующее ее преждевременного завершения. Но в программе открыт файл или установлено сетевое соединение, а следовательно, файл нужно закрыть, а соединение разорвать. Для выполнения подобных операций нормального завершения программы удобно воспользоваться ключевым словом finally.

Для того чтобы определить код, который должен выполняться по завершении блока try/catch, нужно указать блок finally в конце последовательности операторов try/catch. Ниже приведена общая форма записи блока try/catch вместе с блоком finally.

try {
    // Блок кода, в котором отслеживаются ошибки.
}
catch (тип_исключения_1 объект_исключения) {
    // Обработчик исключения тип_исключения_1
}
catch (тип_исключения_2 объект_исключения) {
    // Обработчик исключения тип_исключения_2
}
//. . .
finally {
// Код блока finally
}

Блок finally выполняется всегда по завершении блока try/catch независимо от того, какое именно условие к этому привело. Следовательно, блок finally получит управление как при нормальной работе программы, так и при возникновении ошибки. Более того, он будет вызван даже в том случае, если в блоке try или в одном из блоков catch будет присутствовать оператор return для немедленного возврата из метода.

Ниже приведен краткий пример программы, демонстрирующий применение блока finally.

// Применение блока finally,
class UseFinally {
    public static void genException(int what) {
        int t;
        int nums[] = new int[2];

        System.out.println("Receiving " + what);
        try {
            switch(what) {
            case 0:
                t = 10 / what; // сгенерировать ошибку деления на нуль
                break;
            case 1:
                nums[4] = 4; // сгенерировать ошибку обращения к массиву
                break;
            case 2:
                return; // возвратиться из блока try
            }
        }
        catch (ArithmeticException exc) {
            // перехватить исключение
            System.out.println("Can1t divide by Zero!");
            return; // возвратиться из блока catch
        }
        catch (ArraylndexOutOfBoundsException exc) {
            // перехватить исключение
            System.out.println("No matching element found.");
        }
        // Этот блок выполняется независимо от того, каким
        // образом завершается блок try/catch.
        finally {
            System.out.println("Leaving try.");
        }
    }
}

class FinallyDemo {
    public static void main(String args[]) {

        for(int i=0; i < 3; i++) {
            UseFinally.genException(i);
            System.out.println() ;
        }
    }
}

В результате выполнения данной программы получается следующий результат:

Receiving О
Can't divide by Zero!
Leaving try.

Receiving 1
No matching element found.
Leaving try.

Receiving 2
Leaving try.

Нетрудно заметить, что блок finally выполняется независимо от того, каким об¬
разом завершается блок try/catch.

Использование ключевого слова throws

Иногда исключения нецелесообразно обрабатывать в том методе, в котором они возникают. В таком случае их следует указывать с помощью ключевого слова throws. Ниже приведена общая форма объявления метода, в котором присутствует ключевое слово throws.

возвращаемый_тип имя_метода(список_параметров) throws список_исключений {
    // Тело метода
}

В списке исключений через запятую указываются исключения, которые может генерировать метод.

Возможно, вам покажется странным, что в ряде предыдущих примеров ключевое слово throws не указывалось при генерировании исключений за пределами методов. Дело в том, что исключения, генерируемые подклассом Error или RuntimeException, можно и не указывать в списке оператора throws. Исполняющая система Java по умолчанию предполагает, что метод может их генерировать. А исключения всех остальных типов следует непременно объявить с помощью ключевого слова throws. Если этого не сделать, возникнет ошибка при компиляции.

Пример применения оператора throws уже был представлен ранее в этой книге.
Напомним, что при организации ввода с клавиатуры в метод main() потребовалось
включить следующее выражение:

throws java.io.IOException

Теперь вы знаете, зачем это было нужно. При вводе данных может возникнуть исключение IOException, а на тот момент вы еще не знали, как оно обрабатывается. Поэтому мы и указали, что исключение должно обрабатываться за пределами метода main(). Теперь, ознакомившись с исключениями, вы сможете без труда обработать исключение IOException самостоятельно.

Рассмотрим пример, в котором осуществляется обработка исключения IOException. В методе prompt() отображается сообщение, а затем выполняется ввод символов с клавиатуры. Такой ввод данных может привести к возникновению исключения IOException. Но это исключение не обрабатывается в методе prompt(). Вместо этого в объявлении метода указан оператор throws, т.е. обязанности по обработке данного исключению поручаются вызывающему методу. В данном случае вызывающим является метод main(), в котором и перехватывается исключение.

// Применение ключевого слова throws,
class ThrowsDemo {
    // Обратите внимание на оператор throws в объявлении метода.
    public static char prompt(String str)
        throws java.io.IOException {

        System.out.print(str + ": ");
        return (char) System.in.read() ;
    }

    public static void main(String args[]) {
        char ch;

        try {
            // В методе prompt() может быть сгенерировано исключение,
            // поэтому данный метод следует вызывать в блоке try.
            ch = prompt("Enter a letter");
        }
        catch(java.io.IOException exc) {
            System.out.println("I/O exception occurred.");
            ch = 'X';
        }
        System.out.println("You pressed " + ch);
    }
}

Обратите внимание на одну особенность приведенного выше примера. Класс IOException относится к пакету java. io. Как будет разъяснено в главе 10, в этом пакете содержатся многие языковые средства Java для организации ввода-вывода. Следовательно, пакет java.io можно импортировать, а в программе указать только имя класса IOException.

Новые средства обработки исключений, внедренные в версии JDK 7

С появлением версии JDK 7 механизм обработки исключений в Java был значительно усовершенствован благодаря внедрению трех новых средств. Первое из них поддерживает автоматическое управление ресурсами, позволяющее автоматизировать процесс освобождения таких ресурсов, как файлы, когда они больше не нужны. В основу этого средства положена расширенная форма оператора try, называемая оператором try с ресурсами и описываемая в главе 10 при рассмотрении файлов. Второе новое средство называется многократным перехватом, а третье — окончательным или более точным повторным генерированием исключений. Два последних средства рассматриваются ниже.

Многократный перехват позволяет перехватывать два или более исключения одним оператором catch. Как пояснялось ранее, после оператора try можно (и даже принято) указывать два или более оператора catch. И хотя каждый блок оператора catch, как правило, содержит свою особую кодовую последовательность, нередко в двух или более блоках оператора catch выполняется одна и та же кодовая последовательность, несмотря на то, что в них перехватываются разные исключения. Вместо того чтобы перехватывать каждый тип исключения в отдельности, теперь можно воспользоваться единым блоком оператора catch для обработки исключений, не дублируя код.

Для организации многократного перехвата следует указать список исключений в одном операторе catch, разделив их типы оператором поразрядного ИЛИ. Каждый параметр многократного перехвата неявно указывается как final. (По желанию модификатор доступа final можно указать и явным образом, но это совсем не обязательно.) А поскольку каждый параметр многократного перехвата неявно указывается как final, то ему нельзя присвоить новое значение.

В приведенной ниже строке кода показывается, каким образом многократный перехват исключений ArithmeticException и ArraylndexOutOfBoundsException указывается в одном операторе catch.

catch(final ArithmeticException | ArraylndexOutOfBoundsException e) {

Ниже приведен краткий пример программы, демонстрирующий применение многократного перехвата исключений.

// Применение средства многократного перехвата исключений.
// Примечание: для компиляции этого кода требуется JDK 7
// или более поздняя версия данного комплекта,
class MultiCatch {
    public static void main(String args[]) {
        int a=88, b=0;
        int result;
        char chrs[] = { 'А', 'В', 'C' };

        for(int i=0; i < 2; i++)    {
            try {
                if (i == 0)
                    // сгенерировать исключение ArithmeticException
                    result = а / b;
                else
                    // сгенерировать исключение ArraylndexOutOfBoundsException
                    chrs[5] = 'X';
            }
            // В этом операторе catch организуется перехват обоих исключений,
            catch(ArithmeticException | ArraylndexOutOfBoundsException е) {
                System.out.println("Exception caught: " + e);
            }
        }

        System.out.println("After multi-catch.");
    }
}

В данном примере программы исключение ArithmeticException генерируется при попытке деления на нуль, а исключение ArraylndexOutOfBoundsException — при попытке обращения за границы массива chrs. Оба исключения перехватываются одним оператором catch.

Средство более точного повторного генерирования исключений ограничивает этот процесс лишь теми проверяемыми типами исключений, которые генерируются в соответствующем блоке try и не обрабатываются в предыдущем блоке оператора catch, а также относятся к подтипу или супертипу указываемого параметра. И хотя такая возможность требуется нечасто, ничто не мешает теперь воспользоваться ею в полной мере. А для организации окончательного повторного генерирования исключений параметр оператора catch должен быть, по существу, указан как final. Это означает, что ему нельзя присвоить новое значение в блоке catch. Он может быть указан как final явным образом, хотя это и не обязательно.

Встроенные в Java исключения

В стандартном пакете java. lang определены некоторые классы, представляющие стандартные исключения Java. Часть из них использовалась в предыдущих примерах программ. Наиболее часто встречаются исключения из подклассов стандартного класса RuntimeException. А поскольку пакет java. lang импортируется по умолчанию во все программы на Java, то исключения, производные от класса RuntimeException, становятся доступными автоматически. Их даже обязательно включать в список оператора throws. В терминологии языка Java такие исключения называют непроверяемыми, поскольку компилятор не проверяет, обрабатываются или генерируются подобные исключения в методе. Непроверяемые исключения, определенные в пакете java.lang, приведены в табл. 9.2, тогда как в табл. 9.3 — те исключения из пакета j ava. lang, которые следует непременно включать в список оператора throws при объявлении метода, если, конечно, в методе содержатся операторы, способные генерировать эти исключения, а их обработка не предусмотрена в теле метода. Такие исключения принято называть проверяемыми. В Java предусмотрен также ряд других исключений, определения которых содержатся в различных библиотеках классов. К их числу можно отнести упоминавшееся ранее исключение IOException.

Таблица 9.2. Непроверяемые исключения, определенные в пакете java.lang

Таблица 9.3. Проверяемые исключения, определенные в пакете java.lang

Создание подклассов, производных от класса Exception

Несмотря на то что встроенные в Java исключения позволяют обрабатывать большинство ошибок, механизм обработки исключений не ограничивается только этими ошибками. В частности, можно создавать исключения для обработки потенциальных ошибок в прикладной программе. Создать исключение несложно. Для этого достаточно определить подкласс, производный от класса Exception, который, в свою очередь, является подклассом, порожденным классом Throwable. В создаваемый подкласс не обязательно включать реализацию каких-то методов. Сам факт существования такого подкласса позволяет использовать его в качестве исключения.

В классе Exception не определены новые методы. Он лишь наследует методы, предоставляемые классом Throwable. Таким образом, все исключения, включая и создаваемые вами, содержат методы класса Throwable. Конечно же, вы вольны переопределить в создаваемом вами классе один или несколько методов.

Ниже приведен пример, в котором создается исключение NonlntResultException. Оно генерируется в том случае, если результатом деления двух целых чисел является дробное число. В классе NonlntResultException содержатся два поля, предназначенные для хранения целых чисел, а также конструктор. В нем также переопределен метод toString(), что дает возможность выводить описание исключения с помощью метода println().

// Применение специально создаваемого исключения.
// создать исключение
class NonlntResultException extends Exception {
    int n;
    int d;

    NonlntResultException(int i, int j) {
        n = i;
        d = j;
    }

    public String toString()    {
        return "Result of " + n + " / " + d +
                " is non-integer.";
    }
}

class CustomExceptDemo {
    public static void main(String args[]) {

        // В массиве numer содержатся нечетные числа,
        int numer[] = { 4, 8, 15, 32, 64, 127, 256, 512 };
        int denom[] = { 2, 0, 4, 4, 0, 8 };

        for(int i=0; i<numer.length; i++)   {
            try {
                if((numer[i]%2) != 0)
                    throw new
                        NonlntResultException(numer[i], denom[i]);
                System.out.println(numer[i] + " / " +
                                   denom[i] + 11 is " +
                                   numer[i]/denom[i]);
            }
            catch (ArithmeticException exc) {
                // перехватить исключение
                System.out.println("Can11 divide by Zero!");
            }
            catch (ArraylndexOutOfBoundsException exc) {
                // перехватить исключение
                System.out.println("No matching element found.");
            }
            catch (NonlntResultException exc) {
                System.out.println(exc) ;
            }
        }
    }
}

Результат выполнения данной программы выглядит следующим образом:

4 / 2 is 2
Can't divide by Zero!
Result of 15 / 4 is non-integer.
32 / 4 is 8
Can't divide by Zero!
Result of 127 / 8 is non-integer.
No matching element found.
No matching element found.

Пример для опробования 9.1.
Добавление исключений в класс очереди

В этом проекте предстоит создать два класса исключении, которые будут использоваться классом очереди, разработанным в примере для опробования 8.1. Эти исключения должны указывать на переполнение и опустошение очереди, а генерировать их будут методы put() и get() соответственно. Ради простоты эти исключения добавляются в класс FixedQueue, но вы можете без труда внедрить их в любые другие классы очереди, разработанные в примере для опробования 8.1.

Последовательность действий

1. Создайте файл QExcDemo.java.
2. Определите следующие исключения в файле QExcDemo.java:

   /*
   Пример для опробования 9.1.
   Добавление обработчиков исключений в класс очереди.
   */
   // Исключение, указывающее на переполнение очереди,
   class QueueFullException extends Exception {
       int size;
   
       QueueFullException(int s) { size = s; }
   
       public String toString()    {
           return "nQueue is full. Maximum size is " + size;
       }
   }
   
   // Исключение, указывающее на опустошение очереди,
   class QueueEmptyException extends Exception {
       public String toString()    {
           return "nQueue is empty.";
       }
   }
   

   Исключение QueueFullException генерируется при попытке поместить элемент в уже заполненную очередь, а исключение QueueEmptyException — в ответ на попытку извлечь элемент из пустой очереди.

3. Измените класс FixedQueue таким образом, чтобы при возникновении ошибки он генерировал исключение. Соответствующий код приведен ниже. Введите этот код в файл QExcDemo.java.

   // Класс, реализующий очередь фиксированного размера
   // для хранения символов.
   class FixedQueue implements ICharQ {
       private char q[]; // Массив для хранения элементов очереди,
       private int putloc, getloc; // Индексы размещения и извлечения
   
       // элементов очереди.
       // создать пустую очередь заданного размера
       public FixedQueue(int size) {
           q = new char[size+1]; // выделить память для очереди
           putloc = getloc = 0;
       }
   
       // поместить символ в очередь
       public void put(char ch)
       throws QueueFullException {
   
           if(putloc==q.length-1)
               throw new QueueFullException(q.length-1);
   
           putloc++;
           q[putloc] = ch;
       }
   
       // извлечь символ из очереди
       public char get()
       throws QueueEmptyException {
   
           if(getloc == putloc)
               throw new QueueEmptyException();
   
           getloc++;
           return q[getloc];
       }
   }
   

   Добавление исключений в класс FixedQueue выполняется в два этапа. Сначала в определении методов get() и put() указывается оператор throws с типом генерируемого исключения. А затем в этих методах организуется генерирование исключений при возникновении ошибок. Используя исключения, можно организовать обработку ошибок в вызывающей части программы наиболее рациональным способом. Как вы помните, в предыдущих версиях рассматриваемой здесь программы выводились только сообщения об ошибках. А генерирование исключений является более профессиональным подходом к разработке данной программы.

4. Для опробования усовершенствованного класса FixedQueue введите в файл QExcDemo.java приведенный ниже исходный код класса QExcDemo.

   // Демонстрация исключений при обращении с очередью,
   class QExcDemo {
       public static void main(String args[])  {
           FixedQueue q = new FixedQueue(10);
           char ch;
           int i;
   
           try {
               // Переполнение очереди.
               for(i=0; i < 11; i++)   {
                   System.out.print("Attempting to store : " +
                                    (char) ('A' + i));
                   q.put((char) (fA' + i));
                   System.out.println(" - OK");
               }
               System.out.println();
           }
           catch (QueueFullException exc) {
               System.out.println(exc);
           }
           System.out.println();
   
           try {
               // Попытка извлечь символ из пустой очереди.
               for(i=0; i < 11; i++) {
               System.out.print("Getting next char: ");
               ch = q.get();
               System.out.println(ch);
               }
           }
           catch (QueueEmptyException exc) {
               System.out.println(exc);
           }
       }
   }
   

5. Класс FixedQueue реализует интерфейс ICharQ, в котором определены методы get() и put(), и поэтому интерфейс ICharQ необходимо изменить таким образом, чтобы в нем отражалось наличие операторов throws. Ниже приведен видоизмененный соответственно код интерфейса ICharQ. Не забывайте о том, что он должен храниться в файле ICharQjava.

   // Интерфейс очереди для хранения символов с генерированием исключений,
   public interface ICharQ {
       // поместить символ в очередь
       void put(char ch) throws QueueFullException;
       // извлечь символ из очереди
       char get() throws QueueEmptyException;
   }
   

6. Скомпилируйте сначала новую версию исходного файла IQChar. j ava, а затем исходный файл QExcDemo. java и запустите программу QExcDemo на выполнение. В итоге вы получите следующий результат ее выполнения:

   Attempting to store A - OK
   Attempting to store В - OK
   Attempting to store С - OK
   Attempting to store D - OK
   Attempting to store E - OK
   Attempting to store F - OK
   Attempting to store G - OK
   Attempting to store H - OK
   Attempting to store I - OK
   Attempting to store J - OK
   Attempting to store К
   Queue is full. Maximum size is 10
   
   Getting next char: A
   Getting next char: В
   Getting next char: С
   Getting next char: D
   Getting next char: E
   Getting next char: F
   Getting next char: G
   Getting next char: H
   Getting next char: I
   Getting next char: J
   Getting next char:
   Queue is empty.
   

Упражнение для самопроверки по материалу главы 9

1. Какой класс находится на вершине иерархии исключений?
2. Объясните вкратце, как пользоваться ключевыми словами try и catch?
3. Какая ошибка допущена в приведенном ниже фрагменте кода?

   // ...
   vals[18] = 10;
   catch (ArraylndexOutOfBoundsException exc) {
       // обработать ошибку
   }
   

4. Что произойдет, если исключение не будет перехвачено?
5. Какая ошибка допущена в приведенном ниже фрагменте кода?

   class A extends Exception { ...
   class В extends А { ...
       // ...
   try {
       // ...
   }
   catch (A exc) { ... }
   catch (В exc) { ... }
   

6. Может ли внутренний блок catch повторно генерировать исключение, которое будет обработано во внешнем блоке catch?
7. Блок finally — последний фрагмент кода, выполняемый перед завершением программы. Верно или неверно? Обоснуйте свой ответ.
8. Исключения какого типа необходимо явно объявлять с помощью оператора throws, включаемого в объявление метода?
9. Какая ошибка допущена в приведенном ниже фрагменте кода?

   class MyClass { // ... }
   // ...
   throw new MyClass();
   

10. Отвечая на вопрос 3 упражнения для самопроверки по материалу главы 6, вы создали класс Stack. Добавьте в него специальные исключения для реагирования на попытку поместить элемент в переполненный стек и извлечь элемент из пустого стека.
11. Какими тремя способами можно сгенерировать исключение?
12. Назовите два подкласса, производных непосредственно от класса Throwable.
13. Что такое многократный перехват?
14. Следует ли перехватывать в программе исключения типа Error?