错误处理

在软件开发过程中，错误与异常无处不在，例如参数非法、网络中断、磁盘故障或外部依赖不可用等。专业的错误处理不仅能够提升程序的健壮性与用户体验，也是工程质量的重要保障。 这节课我们介绍如何在 C# 中进行有效的错误处理，包括如何预防和检测异常、如何规范报告错误、如何优雅恢复以及如何进行彻底的资源清理。

try/catch/finally

在 C# 里，try/catch/finally 是我们处理错误的“基本功”，就像船上的护栏和安全绳。我们写代码时，总会遇到一些“意外的浪花”——比如文件没找到、网络突然断开、用户输入了奇怪的数据。 如果我们什么都不做，程序一遇到这些问题就会“翻船”崩溃，用户体验很糟糕。

try/catch/finally 就像是给我们的程序加上一层保护。try 代码块里放的是“可能出错”的操作，比如读文件、访问网络。 catch 就像是“救生员”，一旦 try 里出错，catch 会立刻跳出来“接住”这个错误，让我们有机会优雅地处理它，比如给用户一个友好的提示，或者记录日志方便排查。 finally 则像是“收尾小队”，无论前面有没有出错，finally 里的代码都会被执行，非常适合用来做一些善后工作，比如关闭文件、释放资源、擦干净甲板。

我们可以通过 try/catch/finally，让程序在风浪中依然稳稳当当，不会因为一个小小的意外就全线崩溃。

using System;
using System.IO;
 
class Program
{
    static void Main()
    {
        try
        {
            string text = File.ReadAllText("data.txt"); // 可能抛出 IOException/UnauthorizedAccessException 等
            Console.WriteLine(text);
        }
        catch (FileNotFoundException ex)
        {
            Console.WriteLine("找不到文件: " + ex.FileName);
        }
        catch (IOException ex)
        {
            Console.WriteLine("IO 出错: " + ex.Message);
        }
        finally
        {
            Console.WriteLine("无论如何都会执行：可用于收尾工作");
        }
    }
}

从具体到抽象捕获；finally 总会运行（即便 catch 未命中），适合做关闭资源、释放锁等收尾动作。

抛出异常：throw 与自定义消息

在 C# 里，抛出异常就像是我们拉响了“警报”，让程序知道“这里出事了”。当我们发现某个操作可能出错时，就可以用 throw 来抛出一个异常。

using System;
 
class Calculator
{
    public int Divide(int a, int b)
    {
        if (b == 0)
            throw new DivideByZeroException("分母不能为 0"); // 迅速失败，信息明确
        return a / b;
    }
}

我们可以把抛出异常想象成在工厂里拉响了紧急警报：如果机器出现了故障，工人们会立刻拉下警铃，让大家都知道哪里出了问题。 同样地，在 C# 里，当我们用 throw 抛出异常时，最好把“警报内容”写得清楚明白。 比如说，如果是分母为零导致的错误，我们就直接告诉大家“分母不能为 0”，这样看到异常的人一眼就能明白发生了什么。 异常消息越具体、越友好，后面排查和修复问题就越轻松。

重新抛出：throw; vs throw ex;

try
{
    MightFail();
}
catch (Exception ex)
{
    Console.WriteLine("记录日志: " + ex.Message);
    throw; // 保留原堆栈，更利于诊断
    // throw ex; // 会重置堆栈，不推荐
}

在 C# 里，如果我们在 catch 块里用 throw; 这种“裸抛”，其实就像是把刚才捕获到的异常原封不动地又扔了出去。 这样做有个很大的好处：异常的“来龙去脉”——也就是它的调用堆栈信息——会被完整保留下来。 举个生活中的例子，就像我们在传递一个快递时，没有拆开包装，也没有换箱子，快递单上的所有信息都还在，别人一看就知道它最初是从哪里发出来的。 如果我们用 throw ex;，就相当于把快递重新打包，原来的寄件信息就丢失了，后面查问题就会很麻烦。 所以，推荐用 throw;，这样方便我们后续定位和排查异常发生的根本原因。

异常筛选器：catch (...) when (条件)

在 C# 里，如果我们想在 catch 块里只处理某些特定类型的异常，就可以用 catch (...) when (条件) 这种“筛选器”。

举个生活中的例子，就像我们在超市买东西时，如果发现商品过期了，我们不会直接扔掉，而是会先检查一下它的保质期，如果还在保质期内，我们就会把它放回货架，继续卖给其他顾客。

try
{
    MightFail();
}
catch (Exception ex) when (ex.Message.Contains("暂时") )
{
    Console.WriteLine("临时性错误，准备重试...");
}

我们可以把异常筛选器想象成一道“智能门禁”。当异常发生时，这道门会先检查异常是不是我们关心的那一类，只有符合特定条件的异常才能进来被处理。 比如说，有时候我们只想对“临时性错误”做出反应，而其他类型的异常则让它们继续往上传递，不要在这里被“吞掉”。 这样做的好处是，我们既能精准地处理想要关注的问题，又不会丢失那些重要的异常信息，方便后续排查和定位。 就像在机场安检时，只有带有特殊标记的行李才会被单独检查，其他的行李则正常通过，不会被耽误。这样既高效又安全。

多个 catch 的顺序：先具体后一般

我们可以把多个 catch 想象成一个“多层过滤网”。当异常发生时，这些过滤网会一层一层地检查异常，只有符合特定条件的异常才能通过。

try
{
    UseFile();
}
catch (FileNotFoundException ex)
{
    // 更具体
}
catch (IOException ex)
{
    // 较一般
}
catch (Exception ex)
{
    // 最一般
}

从小网眼到大网眼地“兜住”。大网在前会把小网“遮住”。

自定义异常类型

在 C# 这门语言里，我们不仅可以使用系统自带的异常类型，还能根据自己的业务需求，亲手“打造”属于自己的异常类型。这样做的好处是什么呢？就像我们在家里给每个房间贴上不同的门牌号，谁住哪一间一目了然。 自定义异常能让代码在遇到特殊情况时，把“出错的原因”表达得更清楚、更有针对性。

比如说，我们在做一个钱包扣款的功能时，如果余额不足，直接抛出系统的 Exception，别人一看只知道“出错了”，但具体是哪里出错、为什么出错，可能就要费一番功夫去查。 而如果我们自定义一个“余额不足异常”，那一眼就能看明白：哦，原来是钱不够了！

using System;
 
public class BalanceNotEnoughException : Exception
{
    public decimal Balance { get; }
    public decimal Attempt { get; }
    public BalanceNotEnoughException(decimal balance, decimal attempt)
        : base($"余额不足：当前 {balance}，尝试扣款 {attempt

溢出与边界：checked/unchecked

在 C# 这门语言里，整数类型（比如 int、long）在做加法、减法、乘法这些运算时，如果结果超出了它们能表示的最大或最小范围，会发生“溢出”。 这种溢出有点像我们往一个装满水的杯子里继续倒水，多出来的水就会溢出来。但是，C# 默认情况下有时候会“悄悄”让溢出的结果绕回去（比如 int 超过最大值会变成负数），不会主动告诉我们出错了。

那么，我们怎么才能让 C# 在溢出时主动提醒我们呢？这时候就要用到 checked 关键字了。checked 就像给杯子加了一个报警器，只要水一溢出来，立刻响铃报错。 而如果我们觉得溢出没关系，愿意让它悄悄发生，那就可以用 unchecked，相当于把报警器关掉，水溢出来也不管。

checked
{
    try
    {
        int x = int.MaxValue;
        x += 1; // 在 checked 上下文将抛 OverflowException
    }
    catch (OverflowException)
    {
        Console.WriteLine("检测到溢出");
    }
}
 
unchecked
{
    int y = int.MaxValue + 1; 

在需要精确数值安全时开启 checked；性能敏感且可接受环绕时可用 unchecked。

异步里的异常：await 会把异常抛回

在 C# 里，当我们用 await 等待一个异步方法时，如果这个异步方法抛出了异常，那么这个异常会被“抛回”到 await 所在的上下文。

using System;
using System.Threading.Tasks;
 
async Task<int> GetAsync()
{
    await Task.Delay(10);
    throw new InvalidOperationException("远程失败");
}
 
async Task Demo()
{
    try
    {
        int

并发等待 Task.WhenAll 时，可能有多个异常，需要汇总或记录全部。

小练习

4. throw 与 throw ex 的区别练习

在以下代码的 catch 块中，如何保持原堆栈信息：

• MightFail() 方法可能抛出异常
• 在 catch 块中需要记录日志，然后重新抛出异常
• 要求：保持原始的堆栈跟踪信息，不要丢失异常发生的位置
• 对比 throw; 和 throw ex; 的区别

using System;
 
class Program
{
    static void MightFail()
    {
        throw new InvalidOperationException("原始异常");
    }
 
    static void Main()
    {
        try
        {
            MightFail();
        }
        catch (Exception ex)
        {
            // 记录日志

5. catch 顺序练习

修正以下代码的 catch 块顺序：

• UseFile() 方法可能抛出 FileNotFoundException 或 IOException
• FileNotFoundException 是 IOException 的子类
• 问题：当前的 catch 顺序不正确，FileNotFoundException 永远不会被捕获
• 要求：调整 catch 块的顺序，确保更具体的异常先被捕获

using System;
using System.IO;
 
class Program
{
    static void UseFile()
    {
        // 可能抛出 FileNotFoundException 或 IOException
        string content = File.ReadAllText("nonexistent.txt");
    }
 
    static void Main()
    {
        try
        {
            UseFile();

6. 异常筛选器练习

使用异常筛选器（when 关键字）只捕获临时性异常：

• Run() 方法可能抛出各种异常
• 要求：只捕获临时性异常（异常消息包含"暂时"或"临时"关键字）
• 其他异常应该继续向上传播，不被这个 catch 块捕获
• 使用 when 关键字添加筛选条件

using System;
 
class Program
{
    static void Run()
    {
        // 模拟可能抛出不同类型的异常
        throw new InvalidOperationException("暂时无法连接服务器");
        // throw new InvalidOperationException("永久性错误");
    }
 
    static void Main()
    {
        try
        {
            Run();
        }
        // 使用 when 筛选器：只捕获临时性异常
        catch (

7. using 与 finally 练习

用两种方式确保 FileStream 被正确释放：

• 方式1：使用 using 语句（推荐）
• 方式2：使用 try/finally 手动释放
• 要求：无论是否发生异常，都要确保 FileStream 被释放
• 对比两种方式的优缺点

using System;
using System.IO;
 
class Program
{
    static void Main()
    {
        // 方式1：使用 using 语句（推荐）
        Console.WriteLine("方式1：using 语句");
        using (var fs1 = new FileStream("test1.txt", FileMode.Create))
        {
            // 使用文件流
            fs1.WriteByte(

8. 参数校验练习

对字符串参数 name 进行"非空且非空白"的校验：

• 编写一个方法，接受字符串参数 name
• 要求：如果 name 为 null、空字符串或只包含空白字符，抛出 ArgumentException
• 异常消息应该明确指出参数名和问题原因
• 使用 string.IsNullOrWhiteSpace() 方法进行校验

using System;
 
class Program
{
    static void Greet(string name)
    {
        // 参数校验：非空且非空白
        if (string.IsNullOrWhiteSpace(name))
        {
            throw new ArgumentException("参数不能为空或只包含空白字符", nameof(name));
        }
 
        Console.WriteLine($"你好，{name

说明：

• throw;（推荐）：
  • 保留完整的堆栈跟踪信息
  • 异常会显示原始发生的位置（MightFail()）
  • 便于调试和定位问题
• throw ex;（不推荐）：
  • 重置堆栈跟踪信息
  • 异常会显示为从 catch 块抛出，丢失原始位置
  • 不利于调试和问题定位
• 在需要重新抛出异常时，应该使用 throw; 而不是 throw ex;

说明：

• catch 块的顺序必须从具体到抽象（从派生类到基类）
• FileNotFoundException 是 IOException 的子类，必须先捕获
• 如果先捕获 IOException，FileNotFoundException 也会被它捕获，后面的 catch 块永远不会执行
• 编译器会警告不合理的 catch 顺序
• 正确的顺序：FileNotFoundException → IOException → Exception

说明：

• when 关键字用于异常筛选器，可以在 catch 块中添加条件
• 只有满足 when 条件的异常才会被这个 catch 块捕获
• 不满足条件的异常会继续向上传播，被后面的 catch 块捕获
• 这种方式可以精确控制哪些异常需要特殊处理
• 异常筛选器在 C# 6.0 中引入，让异常处理更加灵活

说明：

• 方式1：using 语句（推荐）：
  • 语法简洁，自动调用 Dispose()
  • 即使发生异常也会自动释放资源
  • 适合实现 IDisposable 接口的类型
  • C# 8.0+ 支持 using var 简化写法
• 方式2：try/finally：
  • 需要手动调用 Dispose()
  • 代码较长，容易遗漏
  • 适合需要更复杂释放逻辑的场景
• 推荐使用 using 语句，代码更简洁、安全

说明：

• string.IsNullOrWhiteSpace(name) 检查字符串是否为 null、空字符串或只包含空白字符
• ArgumentException 用于参数校验失败的情况
• nameof(name) 获取参数名，避免硬编码字符串
• 参数校验应该在方法开始处进行，快速失败（fail-fast）
• 这种方式可以及早发现问题，避免后续处理出错