异常处理

title: 硬件领域.
content: 硬件的异常处理机制由 CPU 完成。这种机制支持错误检测,在发生错误后会将程序流跳转到专门的错误处理过程(英语:error handling routines)中。发生异常前的状态存储在栈上。
title: 操作系统提供的异常处理设施.
content: 针对程序中可能发生的异常,操作系统可能通过 IPC 来提供对应的处理设施。进程执行过程中发生的中断通常由操作提供的「中断服务子程序」处理,操作系统可以借此向该进程发送信号。进程可以通过注册信号处理器的方式自行处理信号,也可以让操作系统执行默认行为(比如终止该程序)。  从进程的视角,硬件中断相当于可恢复异常,虽然中断一般与程序流本身无关。
title: 软件领域.
content: 在编程语言领域,通常 异常(英语:exception)这一术语所描述的是一种数据结构,该数据结构可以存储异常(exceptional)相关信息。异常处理的常见的一种机制是移交控制权。引发异常,也叫作抛异常,通过该方式达到移交控制权的效果。异常抛出后,控制权会被移交至某处的接,并执行处理。  从子程序作者的角度看,如果要表示当前子程序无法正常执行,抛出异常是很好的选择。无法正常执行的原因可以是输入参数无效(比如值在函数的定义域之外),也可以是无法获得所需的资源(比如文件不存在、硬盘出错、内存不足)等等。在不支持异常的系统中,子程序需要通过返回特殊的实现类似的功能。然而返回错误码可能导致,子程序的使用方需要编写额外的代码,才能将普通的返回值与错误码相区别。  编程语言对异常有着截然不同的定义,但现代语言大致上可分两类:  Kiniry 强调“语言的设计仅仅部分地影响了异常机制的使用,结果上,(在整个系统的运行期间)形成的对异常使用的态度会处理影响部分或者所有的失败(错误)。另外,其他主要的影响还有示例、核心代码的编写、技术书籍杂志文章以及相关讨论”。
title: 历史.
content: 在1960/1970年代,Lisp语言发展出软件异常。最初版本是在1962年 Lisp 1.5的时候,这时候异常通过codice_1关键词进行捕捉,并在出错时候,通过codice_2进行返回,而不是以前的终止程序或者进行调试器。1960年代后半,MacLisp语言通过codice_3关键词引入引发错误机制。Lisp的这种创新不仅仅被应用于抛出错误,还被应用于非本地控制流(non-local control flow)。在在1972年6月,MacLisp 语言通过codice_4 和codice_5两个新的关键词来实现非本地控制流,并保留codice_1 和 codice_3 专门做错误处理。在1970中后,codice_2衍生清除操作(LISP的新功能),对应着现今常见的codice_9。该操作也被 Common Lisp使用了。与之同时代,Scheme也诞生了codice_10,用于处理closures中的异常。 and 是首篇文章介绍结构化的异常处理。 1980年后,异常处理被广泛利用于许多编程语言。  PL/I语言使用的是动态域异常,然而稍微现代的编程语言多用词法作用域的异常。PL/I语言的异常处理包含事件(不是错误)、注意、EOF、列举了的变量的修改。虽然现在的一些编程语言支持不含错误信息的异常,但是他们并不常见。  一开始,软件的异常处理是包含恢复的异常(恢复语法,就像大部分的硬件异常一样)和不恢复的异常(终止语法 )。但是,在1960/1970时代,在实践中得出恢复语句是十分低效的(C++标准相关的讨论可见),因此恢复语句就很少再出现了,通常只能在类似Common Lisp和Dylan这种语言中见到。
title: 争论.
content: 1980年Tony Hoare 在异常处理上提出了反对意见,这样描述Ada语言时,认为异常处理是十分危险那的。  对于软件而言,异常处理经常无法正确的处理,尤其是当这里有多种来自不同源代码的异常时。在对五百万行Java代码进行数据流分析时,我们发现了超过1300个异常处理。这是1999-2004年的前沿报告以及他们的结论,Weimer 和 Necula写到,异常是一个十分严峻的问题,他们会创造隐藏的控制流途径,这种途径是编程人员很难去推理的。  Go语言的初始版本并没有异常处理,而因此被有的开发者认为控制流十分冗余。后来,追加了类似的异常处理的语法/机制,但是Go语言的作者建立这仅仅在整个程序不可恢复的错误时候使用它。  异常,作为一个非结构化的流程,它会增加资源泄露的可能性(如:从锁住的代码中逃脱,在打开文件时候逃脱叼),也有可能导致状态不一致。因此,出现了集中异常处理的资源管理技术,最常见的结合Dispose pattern和解除保护一起使用(如codice_9语句),会在这段代码的控制权结束时自动释放资源。
title: 错误处理.
content: 错误处理(error handling)是通过处理函数的返回值的形式从而处理错误的一种编程方式。在Go等返回值可为复数的语言中,可通过将其中一个值设为错误值,从而达到错误处理的效果。 f, err := os.Open("filename.ext") if err!= nil { // do something with the open *File f 在仅仅支持返回状态码的语言里,可通过处理错误码,达到错误处理的效果。shell语言可通过codice_12获得函数执行的退出码,从而判断是否出错。  在其他语言中,可以通过判断结果的某一个特征,从而达到错误处理部分的效果,但不意味着这些语言自身支持错误处理。如,Java等面向对象的语言往往会通过null值判断是否执行失败,但有时候也会通过异常处理判断是否执行失败。
title: 未捕捉异常(Uncaught exceptions).
content: 如果一个异常抛出后,没有被捕捉,那么未捕捉异常将会在运行时被处理。进行该处理的程序(routine)叫 未捕捉异常处理器()。大部分的处理是终止程序并将错误信息打印至控制台,该信息通常包含调试用(debug)的信息,如:异常的描述信息、栈追踪(stack trace)。通常处于最高级(应用级别)的处理器,即便捕捉到异常也会避免终止自身(如:线程出现异常,主线程也不会终止)。  值得了解的是,在即便未捕捉异常导致了程序异常中断(如:异常没被捕捉、滚动未完成、没释放资源),程序仍旧能正常地顺序性地关闭。只要确保运行时(runtime)能正常地运行,因为 运行时 控制着整个程序的执行。  作为默认的未捕捉异常处理器是可以被替换的,不管是全局还是单线程的,新的未捕捉异常处理器可以尝试做这些事情:未捕捉异常导致关闭了的线程,使之重启;提供另一种方式记录日志;让用户报告未捕捉异常等等。在Java中,单一线程可以使用codice_13,全局可以用codice_14;在python中,可通过修改codice_15。
title: 异常的静态检查(Static checking of exceptions).
title: 检查性异常(Checked exceptions).
content: Java的设计者设计了 检查性异常(Checked exceptions)。当方法引发“检查性异常”时,“检查性异常”将成为方法符号的一部分。例如:如果方法抛出了codice_16,我们必须显式地使用方法符号(在Java中是codice_17),如果不这样做的话将会导致编译时错误(compile-time error)。
title: 编程语言相关支持.
content: 许多常见的程序设计语言,包括Actionscript,Ada,BlitzMax,C++,C#,D,ECMAScript,Eiffel,Java,ML,Object Pascal(如Delphi,Free Pascal等),Objective-C,Ocaml,PHP(version 5),PL/1,Prolog,Python,REALbasic,Ruby,Visual Prolog以及大多数.NET程序设计语言,内建的异常机制都是沿着函数调用栈的函数调用逆向搜索,直到遇到异常处理代码为止。一般在这个异常处理代码的搜索过程中逐级完成栈卷回(stack unwinding)。但Common Lisp是个例外,它不采取栈卷回,因此允许异常处理完后在抛出异常的代码处原地恢复执行。而 Visual Basic(尤其是在其早于.net 的版本,例如 6.0 中)走得更远:codice_18 语句可轻易指定发生异常后是重试(codice_19)还是跳过(codice_20)还是执行程序员定义的错误处理程序(codice_21)。  多数语言的异常机制的语法是类似的:用codice_22或codice_23抛出一个异常对象(Java或C++等)或一个特殊可扩展的枚举类型的值(如Ada语言);异常处理代码的作用范围用标记子句(codice_24或codice_25开始的语言作用域)标示其起始,以第一个异常处理子句(codice_26等)标示其结束;可连续出现若干个异常处理子句,每个处理特定类型的异常。某些语言允许codice_27子句,用于无异常出现的情况。更多见的是codice_28子句,无论是否出现异常它都将执行,用于释放异常处理所需的一些资源。  C++异常处理是资源获取即初始化(Resource-Acquisition-Is-Initialization)的基础。  C语言一般认为是不支持异常处理的。Perl语言可选择支持结构化异常处理(structured exception handling)。  Python语言对异常处理机制是非常普遍深入的,所以想写出不含codice_29的程序非常困难。
title: Python.
content: 在python里只存在异常与语法错误(syntax errors)。语法错误是在运行之前发生的。而异常是在运行时发生的错误,它将无条件停止程序,除非进行捕捉处理。
title: Java.
content: 异常是异常事件(exceptional event)的缩写。异常是一个事件,它发生在程序运行时并会打乱程序指示的正常流程。当方法出现了错误时,方法会创建一个对象并将它交给运行时系统(runtime system),所创建的对象叫 异常对象(exception object),该对象包含了错误的信息(描述了出错时的程序的类型和状态)。创建错误对象和转交给运行时系统的过程,叫 抛出异常(throwing an exception)。  codice_30 和codice_31均是不检查的异常(Unchecked Exceptions)。错误不等于错误类(codice_31),错误类代表着不应该被捕捉的严重的问题。codice_30 意味着程序出现问题了。
title: Go.
content: Go语言提倡的是错误处理(error handling)。Go语言设计者系统希望使用者在错误出时,显式地检查错误。 Go虽然不提供与Java语言的codice_34同等的功能语句,但是取而代之,提供了轻型的异常处理机制codice_35。
title: 异常安全.
content: 一段代码是异常安全的,如果这段代码运行时的失败不会产生有害后果,如内存泄露、存储数据混淆、或无效的输出。异常安全可分成不同层次:  例如,考虑一个smart vector类型,如C++'s codice_36或Java's codice_37。当一个数据项codice_38插入vector codice_39,必须实际增加codice_38的值到vector的内部对象列表中并且修改vector的计数域以正确表示codice_39中保存了多少数据项;此时如果已有的存储空间不够大,就需要分配新的内存。内存分配可能会失败并抛出异常。因此,vector数据类型如果是“失败透明”保证将会非常困难甚至不可能实现。但vector类型提供“强异常安全”保证却是相当容易的;在这种情况下,codice_38插入codice_39或者成功,或者codice_39保持不变。如果vector类型仅提供“基本异常安全”保证,如果数据插入失败,codice_39可能包含也可能不包含codice_38的值,但至少codice_39的内部表示是一致的。但如果vector数据类型是“最小异常安全”保证,codice_39可能会是无效的,例如codice_39的计数域被增加了,但codice_38并未实际插入,使得内部状态不一致。对于“异常不安全”的实现,程序可能会崩溃,例如写入数据到无效的内存。  通常至少需要基本异常安全。失败透明是难于实现的,特别是在编写库函数时,因为对应用程序的复杂知识缺少获知。

Summary: 异常处理 的英语是Exception handling。另外值得注意的是,大陆所用“”对应的英文是Abnormality,港澳台以及日本使用的是“”。

Exception handling: In computing and computer programming, exception handling is the process of responding to the occurrence of "exceptions" – anomalous or exceptional conditions requiring special processing - during the execution of a program. In general, an exception breaks the normal flow of execution and executes a pre-registered "exception handler"; the details of how this is done depend on whether it is a hardware or software exception and how the software exception is implemented. It is provided by specialized programming language constructs, hardware mechanisms like interrupts, or operating system (OS) inter-process communication (IPC) facilities like signals. Some exceptions, especially hardware ones, may be handled so gracefully that execution can resume where it was interrupted.