编程语言中的错误处理

在日常的编程过程中，不可避免地需要处理错误的情况，而每一种编程语言都自有其错误处理逻辑，其背后的考量是什么？下面来探讨一下各编程语言中的错误处理，尝试总结出一些通用的方法与原则。

一、什么是异常

讨论一个问题之前，第一步就是要明晰下它所涉及的概念。

首先，标题所说的错误是广义的错误，它包括异常（Exception）与错误（Error）。下文中提到的『错误』均为狭义的区别与异常的错误。

程序中的异常（Exception）是指发生在程序执行过程中非频繁非正常的事件，它位于程序正常流程之外。
异常大致可分为两类：

• 硬件异常：由CPU发起，它们可能是某些指令序列的执行导致的。比如除零或访问非法内存地址等。
• 软件异常：由应用程序或操作系统显式发起。例如系统可以检测到指定的参数非法值。

编程语言中的异常则属于软件异常。

而程序中的错误（Error），通常是指发生在程序执行过程中正常的事件，它就在程序正常流程范围之内。

二、正确区分异常与错误

与异常概念最容易混淆的就是错误。
二者通常可以通过下面三个维度来区分：是否正常/可预期/终止程序

概念	是否正常	是否可预期	是否终止程序
异常	否	否	是
错误	是	是	否

前两个维度主要是对概念的描述，最后一个维度（是否终止程序，即是否可恢复）建议作为定义错误与异常的标准。如果一个事件它不可恢复应该定义为异常，及时终止程序退出，避免程序进入不可预知的状态（如造成数据不一致）；如果一个事件可以预测出错误，那么就应该check，并做一些相应的恢复处理。如Golang中的Error与Panic就是遵循该原则而设计。

三、错误处理

区分了异常与错误，下一步则是考虑针对错误的处理机制。

正确地区分了异常与错误的概念，我们就可以根据具体场景，正确地定义出异常与错误，以及安排相应的错误处理。

通常，编程语言中的错误处理可以分为两类：

• check式，检查返回值，以C语言为代表，Go亦如此；
• try/catch式，目前大部分主流编程语言中的异常处理均采用类似方式，如C++/Java/PHP/JavaScript等。

虽然目前主流编程语言中的异常处理均采用『try/catch』式的原则，但是大都数在写代码过程中都是双管齐下的，依据具体的场景，选择合适的处理方式（抛异常 or 检查返回值）。

3.1 check式

最早的C语言是通过检查函数返回值(通常零值/非空成功；非零值/空失败)来进行错误处理的。
如定义一个函数：

int foo() {
    // <try something here>
    if (failed) {
        return 1;
    }
    return 0;
}

调用者则在进行下一步操作之前，需要判断foo函数返回值：

int err = foo();
if (err) {
    // Error!  Deal with it.
}
 

基于C或者底层级别的系统均是通过这种检查返回值的方式来处理错误的。如Window和Linux操作系统级别的调用（API）。

这种方式很简单，代码可读性也较好，但是写起来非常繁琐，这意味着你需要对每一个函数在调用之前的都需要手动check一下。而且，一旦忘记检查，很容易出现bug。

Golang则在C语言的基础上增加了更符合现代编程语言的语法和库。它允许函数有两个返回值，通常最后一个返回值为Error类型，调用者可以通过检查该类型返回值来检查函数返回情况，没有错误则使用第二个返回值，继续接下来的业务逻辑操作。
如：

func foo() （int, error）{
    // <try something here>
    if (failed) {
        return -1, errors.New("something error")
    }
    return 0, nil;
}

调用：

if sum, err := foo(); err != nil {
    // Deal with the error.
}
// do something with sum
...

Golang的实现方式看起来比C语言更加优雅一些，但是频繁地检查返回值仍然不可避免。

C语言在不使用goto语句的情况下，异常代码复用几乎不可能，Golang也难以解决这个问题。

于是在后来发展起来的面向对象编程语言中，大部分都引入了类似try/catch式的异常处理机制。

3.2 try/catch式

下面主要以Java语言举例说明

Java中所有的错误处理均基于Throwable顶层父类，其下有两个子类：Error，它表示不希望被程序捕获或者是程序无法处理的错误。另一个是Exception，它表示用户程序可能捕捉的异常情况或者说是程序可以处理的异常。
这是Java对异常与错误的划分，并且在此基础上为进一步提高程序健壮性，引入了checked异常与unchecked异常概念：针对那些除了RuntimeException与其子类，以及错误（Error），其他的都是需要编译时强制检查的异常，否则编译器会报错。

try
{
   method();
}
catch (IOException ioe)
{
   System.out.println("I/O failure");
}

// ...

void method() throws IOException
{
   throw new IOException("some text");
}

也正是Java的这种处理方式让人诟病：checked异常容易让相关代码里充斥着大量的try/catch，使代码同样变得晦涩难懂。同时，checked异常所起到的作用也只是将捕获的异常，包装成运行时异常，然后再重新抛出。

正如，前文所言，每一门编程语言在设计之初都有自身的考量，且在进行实际的错误处理时均会同时考虑『check』与『try/catch』两种方式。

在C#中，并没有引入checked异常概念，而是把检查的义务又『还给』了开发者。

除此之外，try/catch式异常处理通常会有很大的性能开销，故应当慎用。

四、『check』 OR『try/catch』

即使发展至今，关于异常处理（『try/catch』）与检查返回值（『check』）这两种错误处理方式仍然争议不断。

check式与try/catch式两种错误处理的方式，没有哪一种是绝对优势的，都有各自的优缺点，这有赖于语言设计者当时的权衡与抉择。但是不管哪种编程语言，基本衍生于这两类处理方式。

REFERENCES

http://www.cs.tut.fi/~popl/ny...
http://joeduffyblog.com/2016/...
https://www.zhihu.com/questio...
https://nedbatchelder.com/tex...
https://www.javaworld.com/art...