WPF/C#：异常处理

什么是异常？

在C#中，异常是在程序执行过程中发生的特殊情况，例如尝试除以零、访问不存在的文件、网络连接中断等。这些情况会中断程序的正常流程。

当C#程序中发生这种特殊情况时，会创建一个异常对象并将其抛出。这个异常对象包含了关于异常的详细信息，如异常类型和异常发生时的程序状态。

异常处理是一个重要的编程概念，它允许程序员在异常发生时采取适当的行动，而不是让程序崩溃。在C#中，我们使用try，catch和finally关键字来处理异常。

比如，下面的代码用0除一个数时，会出现一个异常：

csharp 复制代码

internal class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        int x = 10, y = 0;
        x /= y;
    }
}

try语句

try语句用来指明为避免出现异常而被保护的代码段，并在发生异常时提供代码处理异常。try语句由3个部分组成，如下图所示：

处理异常

上面除以0会导致一个异常的程序，可以进行如下改写，进行异常处理：

csharp 复制代码

internal class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        int x = 10;
        try
        {
            int y = 0;
            x /= y;
        }
        catch
        {
            Console.WriteLine("Handling all exceptions");
        }
    }
}

异常被捕获：

异常类

在C#中，所有的异常都是派生自System.Exception类的。System.Exception类是所有异常的基类，它提供了一些基本的功能，如返回错误消息和记录异常发生的堆栈跟踪。

C#提供了一些内置的异常类，用于表示常见的异常情况。例如：

System.NullReferenceException：当你试图访问一个null对象的成员时，会抛出这个异常。
System.DivideByZeroException：当你试图除以零时，会抛出这个异常。
System.IndexOutOfRangeException：当你试图访问数组或集合的无效索引时，会抛出这个异常。
System.IO.FileNotFoundException：当试图打开的文件不存在时，会抛出这个异常。

当一个异常发生时，CLR会创建该类型的异常对象，并寻找适当的catch子句处理它。

所有异常类从根本上派生自System.Exception类，异常继承层次的一个部分如下所示：

catch子句

catch子句处理异常。它有3种形式，允许不同级别的处理，如下图所示：

一般catch子句：这种形式的catch子句可以捕获任何类型的异常。它不指定异常类型，所以它会捕获try块中抛出的所有异常。
特定catch子句：这种形式的catch子句只捕获指定类型的异常。如果try块中抛出的异常类型与catch子句中指定的类型匹配，那么就会执行这个catch子句。
带对象的特定catch子句：这种形式的catch子句不仅指定了异常类型，还定义了一个异常对象。这个异常对象可以用来访问关于异常的更多信息，如错误消息和堆栈跟踪。

将开头的例子，修改为使用带对象的特定catch子句，如下所示：

csharp 复制代码

 internal class Program
 {
     static void Main(string[] args)
     {
         int x = 10;
         try
         {
             int y = 0;
             x /= y;
         }
         catch(DivideByZeroException e)
         {
             Console.WriteLine($"Message:{e.Message}");
             Console.WriteLine($"Source: {e.Source}");
             Console.WriteLine($"Stack: {e.StackTrace}");
         }         
     }
 }

输出结果如下所示：

抛出异常

可以使用throw语句使代码显式地引发一个异常。throw语句的语法如下：

csharp 复制代码

throw ExceptionObject;

好了，以上就是C#中关于异常处理的基础知识，现在我们结合WPF中的例子说明在WPF中如何进行异常处理的。

WPF中的异常处理

现在来看看ExceptionHandlingSecondaryUIThread这个例子，项目结构如下图所示：

先来看一下这个项目的运行效果：

这个例子介绍了WPF中如何处理在辅助UI线程中发生的异常。

现在来看看是如何处理的。

StartSecondaryUIThreadButton按钮点击事件处理程序：

csharp 复制代码

  private void startSecondaryUIThreadButton_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
  {
      // Creates and starts a secondary thread in a single threaded apartment (STA)
      var thread = new Thread(MethodRunningOnSecondaryUIThread);
      thread.SetApartmentState(ApartmentState.STA);
      thread.IsBackground = true;
      thread.Start();
  }

这段代码的主要目的是创建并启动一个新的辅助UI线程。

csharp 复制代码

  thread.SetApartmentState(ApartmentState.STA);

这行代码设置了线程的公寓状态为STA（Single-Threaded Apartment）。在WPF中，所有的UI线程都必须是STA线程，因为UI元素不是线程安全的。

Single-Threaded Apartment（STA）介绍

在WPF（Windows Presentation Foundation）中，Single-Threaded Apartment（STA）是指一个线程模型，其中每个线程都维护自己的消息队列，并且所有的UI操作都在这个线程上进行。

在STA模型中，每个线程都有自己的内存空间，这意味着线程之间的数据不会共享，从而避免了多线程编程中的许多并发问题。这对于UI编程来说非常重要，因为UI元素通常不是线程安全的，所以所有的UI操作都必须在同一个线程上进行。

在WPF中，主UI线程默认就是一个STA线程。此外，你也可以创建其他的STA线程，但是每个STA线程都只能操作它自己创建的UI元素。

MethodRunningOnSecondaryUIThread方法如下所示：

csharp 复制代码

 // THIS METHOD RUNS ON A SECONDARY UI THREAD (THREAD WITH A DISPATCHER)
 private void MethodRunningOnSecondaryUIThread()
 {
     var secondaryUiThreadId = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
     try
     {
         // On secondary thread, show a new Window before starting a new Dispatcher
         // ie turn secondary thread into a UI thread
         var window = new SecondaryUIThreadWindow();
         window.Show();
         Dispatcher.Run();
     }
     catch (Exception ex)
     {
         // Dispatch the exception back to the main ui thread and reraise it
         Application.Current.Dispatcher.Invoke(
             DispatcherPriority.Send,
             (DispatcherOperationCallback) delegate
             {
                 // THIS CODE RUNS BACK ON THE MAIN UI THREAD
                 string msg = $"Exception forwarded from secondary UI thread {secondaryUiThreadId}.";
                 throw new Exception(msg, ex);
             }
             , null);

         // NOTE - Application execution will only continue from this point
         //        onwards if the exception was handled on the main UI thread
         //        by Application.DispatcherUnhandledException
     }
 }

在try语句块中创建了SecondaryUIThreadWindow。

SecondaryUIThreadWindow上的按钮的点击事件处理程序如下所示：

csharp 复制代码

 private void raiseExceptionOnSecondaryUIThreadButton_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
 {
     // Raise an exception on the secondary UI thread
     string msg = $"Exception raised on secondary UI thread {Dispatcher.Thread.ManagedThreadId}.";
     throw new Exception(msg);
 }

抛出了一个异常。

这个异常被MethodRunningOnSecondaryUIThread方法中的catch子句段捕获：

csharp 复制代码

 Application.Current.Dispatcher.Invoke(
     DispatcherPriority.Send,
     (DispatcherOperationCallback) delegate
     {
         // THIS CODE RUNS BACK ON THE MAIN UI THREAD
         string msg = $"Exception forwarded from secondary UI thread {secondaryUiThreadId}.";
         throw new Exception(msg, ex);
     }
     , null);

这段代码的主要目的是在辅助UI线程上捕获异常，并将异常转发到主UI线程上进行处理。

在app.xaml中

xaml 复制代码

  DispatcherUnhandledException="App_DispatcherUnhandledException"

这行代码是在WPF应用程序中设置全局未处理异常的处理器。

当应用程序的主调度器捕获到未处理的异常时，App_DispatcherUnhandledException方法会被调用来处理这个异常。

这是一种处理全局未处理异常的方式，可以防止应用程序因为未处理的异常而崩溃。在App_DispatcherUnhandledException方法中，你可以记录异常信息，显示错误消息，或者决定是否让应用程序继续运行。

csharp 复制代码

   private void App_DispatcherUnhandledException(object sender, DispatcherUnhandledExceptionEventArgs e)
   {
       // Display exception message
       var sb = new StringBuilder();
       sb.AppendFormat("{0}\n", e.Exception.InnerException.Message);
       sb.AppendFormat("{0}\n", e.Exception.Message);
       sb.AppendFormat("Exception handled on main UI thread {0}.", e.Dispatcher.Thread.ManagedThreadId);
       MessageBox.Show(sb.ToString());

       // Keep application running in the face of this exception
       e.Handled = true;
   }

这样就完成了在WPF中的辅助UI线程的异常处理。

还有一个例子是ExceptionHandlingSecondaryWorkerThread说明在WPF中如何处理在辅助工作线程（Secondary Worker Thread）中发生的异常，与这个例子类似。

参考

1、《C#图解教程》

2、[WPF-Samples/Application Management/ExceptionHandlingSecondaryUIThread at main · microsoft/WPF-Samples (github.com)](https://github.com/microsoft/WPF-Samples/tree/main/Application Management/ExceptionHandlingSecondaryUIThread)