代码的“病历本”：深入解读C#常见异常

异常的常见几种类型

1. NullReferenceException：空指针引用异常

```csharp
// 场景1: 未初始化的对象
List<string> names = null;
Console.WriteLine(names.Count); // 异常： names 是 null

// 场景2: 方法返回了 null
string FindUserById(int id)
{
    // 假设数据库里没找到id=999的用户
    if (id == 999) return null;
    return "Admin";
}
string user = FindUserById(999);
Console.WriteLine(user.ToUpper()); // 异常： user 是 null
```

• 解决方案： ：

  1. 防御性检查 ：在访问任何可能为 null 的对象前，进行显式的 null 检查。

     if (user != null) {
         Console.WriteLine(user.ToUpper());
     }

  2. 空条件运算符 ?. 和 ?? ：

     // 如果 user 是 null，整个表达式直接返回 null，而不是抛出异常
     string upperUser = user?.ToUpper(); 
     
     // 如果 user 是 null，则使用 "Guest" 作为默认值
     string displayName = user ?? "Guest"; 
     
     // 组合使用
     Console.WriteLine(user?.ToUpper() ?? "USER NOT FOUND");

  3. 可空引用类型 ：通过静态分析，在编译时就警告你潜在的 NullReferenceException。

     #nullable enable // 开启可空引用类型检查
     string? user = FindUserById(999); // ? 表示 user 可以为 null
     Console.WriteLine(user.ToUpper()); // 编译器会在这里发出警告！

2. IndexOutOfRangeException：索引越界异常

• 当你试图用一个无效的索引来访问数组、列表（List<T>）或其他基于索引的集合的元素时，此异常就会被抛出。无效索引指的是小于0，或大于等于集合的元素数量。

  int[] scores = { 98, 76, 100 };
  // 场景1: 访问不存在的索引
  Console.WriteLine(scores[3]); //  有效索引是 0, 1, 2
  
  // 场景2: 循环条件错误
  for (int i = 0; i <= scores.Length; i++) { // 错误在于 i <= Length
      Console.WriteLine(scores[i]); // 当 i 等于 scores.Length (3) 时 BOOM!
  }
  
  // 场景3: 对空集合进行索引访问
  var emptyList = new List<string>();
  Console.WriteLine(emptyList[0]); // BOOM!

• 解决方案：：

  1. 正确的循环 ：在 for 循环中，永远使用 < 而不是 <= 来比较索引和集合长度。

     for (int i = 0; i < scores.Length; i++) { /* 安全 */ }

  2. 优先使用 foreach ：foreach 循环在内部处理了迭代逻辑，完全避免了手动操作索引，从而根除了此类错误。

     foreach (var score in scores) { /* 绝对安全 */ }

  3. 边界检查 ：在直接通过索引访问前，检查索引是否在有效范围内。

     int index = GetUserInput();
     if (index >= 0 && index < scores.Length) {
         Console.WriteLine(scores[index]);
     } else {
         Console.WriteLine("索引无效！");
     }

3. FormatException：格式异常

• 当一个方法的参数格式不符合预期时抛出，最常见于字符串向其他数据类型（如数字、日期）的转换。

  string userInput = "twelve";
  int number = int.Parse(userInput); // "twelve" 不是有效的整数格式
  
  string dateString = "2023-30-01"; // 无效的日期 (30月)
  DateTime date = DateTime.Parse(dateString); //

• 解决方案：：

  1. 使用 TryParse 模式 ：这是应对 FormatException 的最佳实践 。TryParse 方法会尝试转换，如果成功，返回 true 并通过 out 参数提供结果；如果失败，返回 false 而不会抛出异常 。这遵循了"先看后跳"（LBYL）的原则。

     string userInput = Console.ReadLine();
     if (int.TryParse(userInput, out int number)) {
         Console.WriteLine($"转换成功: {number}");
     } else {
         Console.WriteLine("输入无效，请输入一个数字。");
     }

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3.1 ArgumentException 家族 (ArgumentNullException, ArgumentOutOfRangeException)

• ArgumentException：通用的参数错误，表示传递给方法的某个参数不合法。

• ArgumentNullException：ArgumentException 的子类，特指一个不应为 null 的参数被传入了 null。

• ArgumentOutOfRangeException：ArgumentException 的子类，特指一个参数的值超出了可接受的范围。

• 示例：：

  public void SetUserName(string name) 
  {
      // 卫语句：主动防御，而不是等着用到 name 时再爆炸
      if (string.IsNullOrWhiteSpace(name)) 
      {
          throw new ArgumentException("用户名不能为空或仅包含空白字符。", nameof(name));
      }
      this.UserName = name;
  }
  
  public void SetDiscount(double percentage) 
  {
      if (percentage < 0 || percentage > 1) 
      {
          throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(percentage), "折扣必须在0和1之间。");
      }
      this.Discount = percentage;
  }
  
  // 调用者犯错
  myObject.SetUserName(null); // 会立即捕获到 ArgumentException，而不是后面的 NullReferenceException

4. InvalidCastException：无效转换异常

• 在运行时执行了一个显式的类型转换，但源类型无法被转换为目标类型时发生

• 示例：：

  object myObject = "Hello World";
  // 这是一个字符串，不能被强制转换为一个 StringBuilder
  StringBuilder sb = (StringBuilder)myObject; 

• 解决方案：：

  1. 使用 as 运算符 ：as 运算符尝试进行转换，如果成功，返回转换后的对象；如果失败，它会返回 null 而不是抛出异常 。然后你可以配合 null 检查来安全地执行后续操作。

     StringBuilder sb = myObject as StringBuilder;
     if (sb != null) {
         sb.Append("...");
     } else {
         Console.WriteLine("对象不是 StringBuilder 类型。");
     }

  2. 使用 is 运算符和模式匹配 ：is 运算符检查一个对象是否兼容某个类型

     if (myObject is StringBuilder sb) {
         sb.Append("...");
     }

  as/is vs. 强制转换 ：与 TryParse vs. Parse 类似，如果你不确定转换能否成功，就应该使用 as 或 is。只有在你100%确定类型兼容时，才使用强制转换，因为它能更早地暴露逻辑错误。

5. InvalidOperationException：无效操作异常

• 当方法调用对于对象的当前状态无效时抛出。错误不在于参数，而在于对象"还没准备好"或"已处于不当状态"。

• 示例：：

  // 场景1: 修改正在迭代的集合
  var numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4 };
  foreach (var number in numbers) {
      if (number == 2) {
          numbers.Remove(number); //  不能在 foreach 循环中修改集合
      }
  }
  
  // 场景2: 使用已耗尽的迭代器
  var enumerator = numbers.GetEnumerator();
  while(enumerator.MoveNext()) { }
  // 迭代器已到末尾
  Console.WriteLine(enumerator.Current); // BOOM! (或返回默认值，取决于实现)

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6. IOException 家族 (FileNotFoundException, DirectoryNotFoundException, etc.)

• 所有与输入/输出（I/O）操作相关的错误的基类。

  • FileNotFoundException：尝试访问一个不存在的文件。
  • DirectoryNotFoundException：文件路径中的某个目录不存在。
  • UnauthorizedAccessException：程序没有足够的权限去访问文件或目录。

• 核心特点 ：这类异常是典型的必须使用 try-catch 来处理的场景。因为即使你在操作前用 File.Exists 检查，也无法保证在检查和实际操作之间的瞬间，文件不会被用户或其他程序删除（这被称为"竞态条件"）。

• 最佳实践 ：

  try
  {
      string content = File.ReadAllText(@"C:\secret\data.txt");
      // ... process content ...
  }
  catch (FileNotFoundException ex)
  {
      Console.WriteLine("错误：文件未找到。请确认文件路径是否正确。");
  }
  catch (UnauthorizedAccessException ex)
  {
      Console.WriteLine("错误：权限不足。请尝试以管理员身份运行程序。");
  }
  catch (IOException ex) // 兜底处理其他I/O错误
  {
      Console.WriteLine($"发生了一个I/O错误: {ex.Message}");
  }

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结语

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