第11天：例外處理

課程簡介

今天，我們將學習 例外處理（Exception Handling）在 C# 中的應用。例外處理是一種用來處理程式執行中錯誤的方法，能讓程式在發生錯誤時提供適當的反應或信息，而不至於直接崩潰。C# 提供了 try、catch、finally 和 throw 關鍵字來進行例外處理。

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學習目標

• 瞭解例外處理的基本概念
• 學習如何使用 try、catch、finally 和 throw 來處理例外
• 理解常見的內建例外類別
• 學會如何創建自訂例外類別

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課程內容

1. 什麼是例外處理？

例外（Exception）是程式在執行期間發生的錯誤或意外事件，可能導致程式無法正常執行。透過例外處理機制，我們可以捕捉並處理這些錯誤，以便程式在遇到錯誤時能提供合適的反應或重新嘗試。

2. 使用 try-catch-finally

C# 中，例外處理的基本結構是 try-catch-finally，如下所示：

try
{
    // 嘗試執行的程式碼
}
catch (ExceptionType ex)
{
    // 當發生指定類型的例外時執行的程式碼
}
finally
{
    // 無論是否發生例外，最後都會執行的程式碼（可選）
}

範例：

try
{
    int dividend = 10;
    int divisor = 0;
    int result = dividend / divisor;
    Console.WriteLine("Result: " + result);
}
catch (DivideByZeroException ex)
{
    Console.WriteLine("Error: Division by zero is not allowed.");
}
finally
{
    Console.WriteLine("Execution completed.");
}

在這個範例中，由於除數為零，會拋出 DivideByZeroException，且 catch 區塊會捕捉這個例外並輸出相應的錯誤訊息。finally 區塊則會在無論例外是否發生的情況下執行。

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3. 使用 throw

有時我們需要手動拋出例外，這可以使用 throw 關鍵字。這在您檢測到某種情況需要中止程式時特別有用。

範例：

public void CheckAge(int age)
{
    if (age < 18)
    {
        throw new ArgumentOutOfRangeException("age", "Age must be 18 or older.");
    }
    else
    {
        Console.WriteLine("Access granted.");
    }
}

try
{
    CheckAge(15);
}
catch (ArgumentOutOfRangeException ex)
{
    Console.WriteLine("Error: " + ex.Message);
}

在這個範例中，CheckAge 方法會檢查年齡是否小於 18，如果是，則使用 throw 拋出 ArgumentOutOfRangeException 例外。這樣您可以控制程式在檢測到無效條件時停止執行。

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4. 常見的例外類別

C# 中有許多內建的例外類別，常見的有：

• System.Exception：所有例外的基底類別。
• System.DivideByZeroException：當嘗試將一個數字除以零時拋出。
• System.NullReferenceException：當引用一個 null 的物件時拋出。
• System.IndexOutOfRangeException：當索引超出陣列或集合範圍時拋出。
• System.InvalidOperationException：當執行無效操作時拋出。
• System.ArgumentOutOfRangeException：當傳入的參數超出有效範圍時拋出。

範例：

try
{
    string[] fruits = { "Apple", "Banana", "Cherry" };
    Console.WriteLine(fruits[5]);  // 超出陣列範圍
}
catch (IndexOutOfRangeException ex)
{
    Console.WriteLine("Error: Index was out of range.");
}

此範例中，程式會嘗試存取不存在的陣列元素，進而引發 IndexOutOfRangeException，並在 catch 區塊中捕捉到該錯誤。

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5. 自訂例外類別

您也可以創建自己的例外類別，以適應特定需求。自訂例外類別需繼承 System.Exception 或其子類別。

範例：

public class NegativeNumberException : Exception
{
    public NegativeNumberException(string message) : base(message)
    {
    }
}

public void CheckPositiveNumber(int number)
{
    if (number < 0)
    {
        throw new NegativeNumberException("The number must be positive.");
    }
}

try
{
    CheckPositiveNumber(-5);
}
catch (NegativeNumberException ex)
{
    Console.WriteLine("Error: " + ex.Message);
}

在此範例中，我們創建了一個名為 NegativeNumberException 的自訂例外類別。當 CheckPositiveNumber 方法檢測到負數時，就會拋出這個例外，並在 catch 區塊中處理。

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實作練習

1. 撰寫除法程式並處理錯誤

   • 在 Program.cs 中撰寫以下程式碼，讓使用者輸入兩個整數並進行除法運算。

     using System;
     
     class Program
     {
         static void Main(string[] args)
         {
             try
             {
                 Console.WriteLine("Enter the dividend:");
                 int dividend = Convert.ToInt32(Console.ReadLine());
     
                 Console.WriteLine("Enter the divisor:");
                 int divisor = Convert.ToInt32(Console.ReadLine());
     
                 int result = Divide(dividend, divisor);
                 Console.WriteLine("Result: " + result);
             }
             catch (DivideByZeroException ex)
             {
                 Console.WriteLine("Error: Cannot divide by zero.");
             }
             catch (FormatException ex)
             {
                 Console.WriteLine("Error: Please enter valid integers.");
             }
             finally
             {
                 Console.WriteLine("Thank you for using the division program.");
             }
         }
     
         public static int Divide(int dividend, int divisor)
         {
             return dividend / divisor;
         }
     }
     

2. 執行程式
   • 執行程式，輸入不同情況的數字以測試例外處理是否正確運行：
     • 除數為 0。
     • 輸入無效的非數字字串。
   • 檢查程式是否提供了合適的錯誤訊息並執行 finally 區塊。

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教學重點

• 了解如何使用 try-catch-finally 和 throw 關鍵字來進行例外處理。
• 探索常見的內建例外類別，並學會如何捕捉特定的例外。
• 學習創建自訂例外類別，以解決特定的錯誤處理需求。

在下一節中，我們將學習如何使用 集合（Collections）來處理多個物件，並介紹 List、Dictionary 等基本集合類別。