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例外處理入門

JAVA 25 SELF

等級 11 , 課堂 1

開放

1. 認識例外

讓我們從一個簡單的類比開始。想像你的程式是一輛在道路上行駛的汽車。一切都很順利，直到突然發生了意料之外的情況：輪胎沒氣、汽油用盡、引擎過熱。如果不「處理」這些情況（例如換上備胎或去加油），汽車就會停下來，無法繼續前進。程式也是如此：如果不處理例外，程式就會異常終止。

例外 (exception) — 是在程式執行期間發生某個問題時建立的物件。例外會告訴你：「停！有些地方出了問題！」

產生例外的情況示例：

被零除（10 / 0）
嘗試存取不存在的陣列元素（arr[999]）
開啟磁碟上不存在的檔案
將字串 "abc" 轉換為數字（Integer.parseInt("abc")）

重要： 例外不是編譯錯誤（例如程式碼中的打字錯誤），而是在程式執行期間才會發生的問題。

為什麼例外是好事？

程式碼更乾淨： 程式的主要邏輯不會被為了每件小事而進行的檢查所干擾。
更有彈性： 可以集中處理錯誤（例如，所有檔案讀取錯誤都在同一處理點）。
更可靠： 程式不會莫名其妙地「當掉」，而是會說明究竟發生了什麼。

2. 例外（Exceptions) vs 錯誤（Errors）

在 Java 中，程式執行時可能出現兩大類問題：

錯誤（Errors）

錯誤是由於 Java 虛擬機（JVM）本身的運作故障而引發的致命、無法恢復的問題。通常與電腦資源或 JVM 的內部故障有關。

錯誤的示例：

OutOfMemoryError — 記憶體用盡。
StackOverflowError — 呼叫堆疊溢位（例如因無窮遞迴）。

重要： 這類錯誤通常不應在程式中嘗試處理。

例外（Exceptions）

例外是程式可以（而且應該）處理的問題。它們可能由於程式邏輯錯誤或外部因素造成（例如使用者輸入了非預期的內容）。

例外的示例：

NullPointerException — 嘗試把 null 當作物件來使用。
ArrayIndexOutOfBoundsException — 陣列索引超出範圍。
IOException — 檔案操作時發生錯誤。

Java 的例外分為兩種：

Checked exceptions（受檢）— 編譯器要求必須處理它們（例如，IOException）。
Unchecked exceptions（非受檢）— 編譯器不要求處理（例如，NullPointerException）。

示意圖：各類型的關係

graph TD
    Throwable --> Error
    Throwable --> Exception
    Exception --> RuntimeException
    Exception --> Checked["（其他 Exceptions）"]

    style Throwable fill:#ffa64d,color:#000
    style Exception fill:#ffa64d,color:#000
    style Checked fill:#ffa64d,color:#000
    style Error fill:#ff4d4d,color:#fff
    style RuntimeException fill:#4dff88,color:#000

說明：

Throwable — Java 中所有錯誤與例外的根類別。
Error — JVM 的致命錯誤，不予處理。
Exception — 「一般」例外，可以也應該被處理。
RuntimeException — 非受檢例外（多為程式設計錯誤）。

3. 在程式碼中如何呈現？

範例 1：被零除

public class ExceptionDemo 
{
    public static void main(String[] args) 
    {
        int a = 10;
        int b = 0;
        int c = a / b; // 這裡會拋出 ArithmeticException!
        System.out.println("結果: " + c);
    }
}

會發生什麼事？
程式會因錯誤而結束，並顯示如下訊息：

Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
    at ExceptionDemo.main(ExceptionDemo.java:5)

範例 2：存取不存在的陣列元素

int[] arr = {1, 2, 3};
System.out.println(arr[10]); // ArrayIndexOutOfBoundsException

範例 3：檔案操作

import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class FileDemo 
{
    public static void main(String[] args) throws IOException 
    {
        FileReader reader = new FileReader("nofile.txt");     // FileNotFoundException (checked)
        int data = reader.read();
        System.out.println(data);
        reader.close();
    }
}