آموزش: آموزش زبان سی شارپ -قسمت بیست و نهم (پایانی): استثناء ها (Exceptions) و مدیریت خطاها در سی شارپ

در قسمت پایانی آموزش برنامه نویسی  به زبان سی شارپ با مبحث Exception ها و مدیریت استثناها در زبان سی شارپ آشنا می شویم، بروز خطا در برنامه امری اجتناب نا پذیر است و یک برنامه نویس موظف است که خطاها را به درستی در برنامه ها مدیریت کرده و زمان بروز خطا، پیغامی مناسب به کاربر نمایش دهد. در زبان سی شارپ، به خطاها Exception یا استثنا می گویند. در برنامه های کامپیوتری خطاها بر دو دسته اند:

1. خطاهای نحوی یا Syntax Errors: این خطاها به دلیل نوشتن اشتباه دستورات ایجاد شده و معمولاً زمان کامپایل برنامه قابل رفع هستند.
2. خطاهای منطقی یا Logical Errors: این خطاها به دلیل انجام اشتباه یک عملیات یا ورود اشتباه یک دستور در زمان اجرا اتفاق می افتند.

بیشترین تمرکز ما برای مدیریت خطاها، روی دسته دوم خطاهاست، برای شروع کد زیر را در نظر بگیرید:

var firstNumber = int.Parse(Console.ReadLine());
var secondNumber = int.Parse(Console.ReadLine());

Console.WriteLine(firstNumber/secondNumber);

کد بالا، دو عدد را از ورودی خوانده و حاصل تقسیم این دو عدد را در خروجی چاپ می کند، اما فرض کنید مقدار عدد دوم صفر وارد شود، امکان تقسیم اعداد بر عدد صفر وجود ندارد و در صورت ورود عدد صفر به عنوان ورودی دوم، با پیغام خطای DivideByZero مواجه می شویم. برای رفع ایین مشکل، می بایست از مکانیزم کنترل Exception ها استفاده کنیم. در زبان سی شارپ این مکانیزم، با ساختار try..catch انجام می شود:

try
{
    // place your code here
}
catch([ExceptionType])
{
}
catch([ExceptionType])
{
}
finally
{
}

قسمتی از کد که احتمال وقوع خطا در آن وجود دارد را باید داخل بدنه try بنویسید، با این کار، در صورت وقوع خطا در کدی که داخل بدنه try نوشته شده، قسمت catch اجرا می شود. اما نحوه اجرای قسمت catch به چه صورت است؟ در کتابخانه، برای هر نوع خطا، یک کلاس تعریف شده، برای مثال، برای خطای تقسیم بر صفر کلاسی با نام DivideByZeroException وجود دارد، کلاً تمامی کلاس های مرتبط با خطا های مختلف با کلمه Exception تمام می شوند، کلاس هایی مانند InvalidOperationException یا StackOverlowException، تمامی این کلاس از کلاس پایه ای با نام SystemException مشتق شده اند که خود کلاس SysteException از کلاس Exception مشتق شده است، در حقیقت کلاس Exception کلاس پایه ای برای کلیه خطاهای سیستم می باشد. حال شما بر اساس نوع خطایی که قصد مدیریت آن را دارید، نام Data Type آن را در مقابل catch می نویسید، برای مثال، اگر تصمیم دارید خطای تقسیم بر صفر را مدیریت کنید، ساختار try..catch به صورت زیر نوشته می شود:

try
{

}
catch (DivideByZeroException)
{                
}

در صورتی که خطای تقسیم بر صفر در سیستم رخ دهد، بدنه catch اجرا خواهد شد، کد ابتدای آموزش را به صورت زیر تغییر می دهیم:

try
{
    var firstNumber = int.Parse(Console.ReadLine());
    var secondNumber = int.Parse(Console.ReadLine());

    Console.WriteLine(firstNumber / secondNumber);
}
catch (DivideByZeroException)
{
    Console.WriteLine("Second number must be greater than zero!");
}

Console.ReadKey();

با اجرای کد بالا، در صورتی که عدد دوم را صفر وارد کنیم، به جای متوقف شدن برنامه و بروز خطا، پیغام مناسب برای کاربر نمایش داده می شود. اما نکته ای که وجود دارد، شما می توانید بیشتر از یک بدنه catch داشته باشید. برای مثال، در کد بالا در صورتی که شما به جای عدد کاراکتر a را وارد کنید، با خطای FormatException مواجه می شوید، برای مدیریت این خطا کافیست کد بالا را به صورت زیر تغییر دهید:

try
{
    var firstNumber = int.Parse(Console.ReadLine());
    var secondNumber = int.Parse(Console.ReadLine());

    Console.WriteLine(firstNumber/secondNumber);
}
catch (DivideByZeroException)
{
    Console.WriteLine("Second number must be greater than zero!");
}
catch (FormatException)
{
    Console.WriteLine("Invalid input format!");
}

با کد بالا، در صورت اشتباه در ورودی، خطا مدیریت شده و پیغام مناسب نمایش داده می شود. قسمت دیگر ساختار try..catch، بدنه finally می باشد، این قسمت از ساختار، در هر صورت اجرا خواهد شد، چه خطا رخ بدهد، چه خطا رخ ندهد، کد بالا را به صورت زیر تغییر می دهیم:

try
{
    var firstNumber = int.Parse(Console.ReadLine());
    var secondNumber = int.Parse(Console.ReadLine());

    Console.WriteLine(firstNumber/secondNumber);
}
catch (DivideByZeroException)
{
    Console.WriteLine("Second number must be greater than zero!");
}
catch (FormatException)
{
    Console.WriteLine("Invalid input format!");
}
finally
{
    Console.WriteLine("Thank you for choosing ITPRO.IR!");
}

با کد بالا، پیغام داخل بدنه finally در هر صورت در خروجی چاپ خواهد شد، استفاده از بدنه finally بیشتر زمانی کاربرد دارد که شما می خواهید بعد از اتمام عملیات، اقدام به پاک سازی حافظه و آزاد سازی منابع کنید.

امکان مدیریت خطاها به صورت عمومی نیز وجود دارد، گفتیم کلیه کلاس های مربوط به خطاها از کلاس Exception مشتق شده اند، برای مدیریت عمومی خطاها، کافیست در بدنه catch به جای یک نوع مشخص از خطا، نام Exception را بنویسیم:

try
{
    var firstNumber = int.Parse(Console.ReadLine());
    var secondNumber = int.Parse(Console.ReadLine());

    Console.WriteLine(firstNumber/secondNumber);
}
catch (Exception)
{
    Console.WriteLine("Oops! Your input stopped me!");
}

با کد بالا دیگر نوع خطا تفاوتی نمی کند، با وقوع هر خطایی، پیغام داخل بدنه catch در خروجی چاپ می شود.

همانطور که گفتیم، کلاس Exception، کلاس پایه ای برای کلیه خطاهای سیستم می باشند، این کلاس حاوی یک سری خصوصیات است که اطلاعات دقیق تری به ما می دهند. برای دسترسی به اطلاعات خطا، به جای نوشتن تنها نام Exception در مقابل بدنه catch، داخل پرانتز Exception را به صورت یک پارامتر تعریف می کنیم تا بتوانیم به اطلاعات آن داخل بدنه catch دسترسی داشته باشیم:

try
{
    var firstNumber = int.Parse(Console.ReadLine());
    var secondNumber = int.Parse(Console.ReadLine());

    Console.WriteLine(firstNumber/secondNumber);
}
catch (Exception ex)
{
    Console.WriteLine(ex.Message);
    Console.WriteLine(ex.StackTrace);
    Console.WriteLine(ex.InnerException.ToString());
}

همانطور که مشاهده می کنید کلاس Exception شامل یکسری خصوصیات است، در زیر به بررسی مهمترین خصوصیات کلاس Exception می پردازیم:

1. خصوصیت Message: این خصوصیت حاوی پیغام خطای تولید شده توسط برنامه است
2. خصوصیت StackTrace: این خصوصیت شامل جزئیاتی از خطای رخ داده شده است، ممکن است خطاها در هر قسمت از برنامه رخ دهند، بوسیله stack trace قابلیت ردیابی خطا و اینکه وقوع این خطا بعد از فراخوانی کدام متدها و در کدام فایل و خط از برنامه اتفاق افتاده را خواهیم داشت.
3. خصوصیت InnerException: گاهی اوقات، یک خطا می تواند شامل یک خطای درونی باشد، برای مثال، شما زمانی که با بانک SQL Server کار می کنید، ممکن از زمان کار با بانک، خطایی دریافت کنید، خصوصیت Inner Exception اطلاعات جزئی تری از خطاهای اتفاق افتاده به شما می دهد. این خصوصیت از نوع Exception بوده و اطلاعات خطاهای درونی یک خطا را به ما می دهد.

---

خطاهای دلخواه و دستور throw

---

در زبان سی شارپ امکان تعریف خطاهای دلخواه وجود دارد، همانطور که در قسمت قبلی گفتیم، هر خطا از کلاس SystemException مشتق شده که خود SystemException از کلاس Exception مشتق می شود، در دات نت کلاس دیگری وجود دارد به نام ApplicationException که از کلاس Exception مشتق شده و ما می توانیم با ایجاد کلاس هایی که از ApplicationException مشتق شده اند، خطاهای دلخواه خود را تعریف کنیم. برای مثال، کد زیر را در نظر بگیرید:

public class StudentManager
{
    public void RegisterStudent(string firstName, string lastName, byte age)
    {
        // add student to database
    }
}

فرض کنید، می خواهیم از ثبت نام افرادی که سنشان کمتر از 18 سال است جلوگیری کنیم. برای اینکار می توانیم به این صورت عمل کنیم، ابتدا یک کلاس برای خطای سن کمتر از 18 سال تعریف می کنیم:

public class InvalidAgeException : ApplicationException
{
    public InvalidAgeException(string message) : base(message)
    {
    }
}

دقت کنید به عنوان پارامتر ورودی سازنده، پیغام خطا را دریافت و به سازنده کلاس پدر ارسال می کنیم. حال باید از این خطا در کلاس StudentManager استفاده کنیم، یعنی با ورود سن کمتر از 18 سال، خطای InvalidAgeException صادر شود، در زبان سی شارپ، برای صدور خطا از دستور throw استفاده می کنیم:

public class StudentManager
{
public void RegisterStudent(string firstName, string lastName, byte age)
{
if (age < 18)
throw new InvalidAgeException("Age must be greater that 18!");
/ add student to database
}
}

در مرحله بعد، با اجرای دستور زیر خطا دریافت خواهیم کرد:

new StudentManager().RegisterStudent("Hossein", "Ahmadi", 17);

حال می توانیم با ساختار try..catch این خطا را مدیریت کنیم:

try
{

}
catch (InvalidAgeException ex)
{
    Console.WriteLine(ex.ToString());
    throw;
}

همانطور که مشاهده می کنید در ساختار بالا، خطای InvalidAgeException مدیریت شده و پیغام خطا در خروجی چاپ می شود.

در این قسمت از آموزش ما با مفهوم Exception ها و نحوه مدیریت خطاها در زبان سی شارپ آشنا شدیم، همچنین با تعریف و تولید خطاهای دلخواه (دستور throw) آشنا شدیم. با اتمام این بخش، آموزش مقدماتی زبان سی شارپ به پایان می رسد. با حدود 30 قسمت و 35 بخش، مباحث مقدماتی سی شارپ را آموختیم. امیدوارم که این مجموعه بتواند سهم کوچکی در یادگیری دوستان داشته باشد.

منبع:programming.itpro.ir