第九章：例外處理

例外處理概述

在 Java 中，例外（Exception）是指在程式執行過程中發生的異常情況。例外處理是一種機制，用來捕捉和處理這些異常情況，確保程式的正常運行。

例外的種類

Java 中的例外主要分為兩類：

1. 檢查型例外（Checked Exception）：在編譯時必須處理的例外，例如 IOException 和 SQLException。
2. 非檢查型例外（Unchecked Exception）：在運行時可能發生的例外，例如 NullPointerException 和 ArrayIndexOutOfBoundsException。

例外處理的基本語法

Java 提供了 try-catch 語句來捕捉和處理例外。基本語法如下：

try {
    // 可能會發生例外的程式碼
} catch (ExceptionType e) {
    // 處理例外的程式碼
} finally {
    // 無論是否發生例外都會執行的程式碼
}

使用 try-catch 進行例外處理

以下是一個例子，示範如何使用 try-catch 來處理例外：

public class ExceptionExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            int[] numbers = {1, 2, 3};
            System.out.println(numbers[3]); // 會拋出 ArrayIndexOutOfBoundsException
        } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            System.out.println("例外類型：" + e.getClass().getName()); // 印出例外類別
            System.out.println("錯誤訊息：" + e.getMessage());          // 印出錯誤訊息
        }
    }
}

最終區塊 finally

finally 區塊用於執行清理工作，如關閉檔案或釋放資源。無論是否發生例外，finally 區塊中的程式碼都會執行。

public class FinallyExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            int result = 10 / 0; // 會拋出 ArithmeticException
        } catch (ArithmeticException e) {
            System.out.println("除以零的錯誤：" + e.getMessage());
        } finally {
            System.out.println("這個區塊會執行。");
        }
    }
}

自訂例外

可以透過繼承 Exception 類別來創建自訂例外。以下是一個簡單的範例：

// 自訂例外類別，繼承 Exception
class MyException extends Exception {

    // 建構子：接收錯誤訊息，傳給父類別 Exception 處理
    public MyException(String message) {
        super(message); // 將訊息傳給 Exception 類別儲存
    }
}

// 測試主程式
public class CustomExceptionExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 主動丟出自訂例外
            throw new MyException("這是一個自訂例外！");
        } catch (MyException e) {
            // 印出例外訊息（來自 Exception 的 getMessage()）
            System.out.println(e.getMessage()); // 輸出：這是一個自訂例外！
        }
    }
}

補充展開：

// 1. Throwable 類別（Java 原始碼簡化）
public class Throwable implements java.io.Serializable {
    private String detailMessage; // 儲存錯誤訊息的欄位

    public Throwable(String message) {
        detailMessage = message;  // 將參數存進來
    }

    public String getMessage() {
        return detailMessage;     // 回傳訊息
    }
}

// 2. Exception 類別（繼承 Throwable）
public class Exception extends Throwable {
    public Exception(String message) {
        super(message); // 呼叫 Throwable 的建構子，把 message 傳進去
    }
}

// 3. MyException 類別（繼承 Exception）
class MyException extends Exception {
    public MyException(String message) {
        super(message); // 把訊息再往上傳給 Exception → Throwable
    }
}

// 4. 測試主程式
public class CustomExceptionExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            throw new MyException("這是一個自訂例外！");
        } catch (MyException e) {
            System.out.println(e.getMessage());  // 輸出：這是一個自訂例外！
        }
    }
}

Throwable
├── Exception
│   ├── RuntimeException (運行時異常/非檢查異常)
│   │   ├── ArithmeticException
│   │   ├── ArrayIndexOutOfBoundsException  
│   │   └── InputMismatchException
│   └── IOException (檢查異常)
└── Error

例外的傳遞

當一個方法拋出例外時，可以選擇將例外傳遞給呼叫者。透過 throws 關鍵字來實現：

public class ThrowExample {
    public static void mayThrowException() throws Exception {
        throw new Exception("可能發生的例外");
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            mayThrowException();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("捕捉到例外：" + e.getMessage());
        }
    }
}

程式流程

1. try 裡呼叫 mayThrowException()。
2. mayThrowException() 主動丟出一個新的 Exception，訊息是 “可能發生的例外”。
3. 這個 Exception 立刻「拋出」回呼叫它的地方，也就是 try。
4. 因為 try 內程式丟出 Exception，會直接跳到 catch(Exception e) 來捕捉這個錯誤。
5. catch 裡用 e.getMessage() 取得這個例外的訊息並印出。

例外處理的建議

• 儘量使用 try-catch 來處理可能發生的例外。
• 只捕捉需要處理的例外，不要使用 catch (Exception e) 捕捉所有例外。
• 在 finally 區塊中釋放資源。
• 自訂例外時，提供有意義的錯誤訊息。

常見 Exception 與 Error 對照表

類型	說明 / 觸發時機	範例程式碼（簡略）
ArithmeticException	數學錯誤，如除以零	int x = 10 / 0;
ArrayIndexOutOfBoundsException	陣列索引超出範圍	arr[3] = 5;
ClassCastException	錯誤的類型轉型	(Integer)(Object)"abc";
ConcurrentModificationException	遍歷時修改集合	for-each + remove()
EOFException	資料讀取超過結尾（串流）	readObject();
FileNotFoundException	檔案不存在	new FileReader("abc.txt");
IllegalArgumentException	傳入非法參數	Thread.sleep(-1);
IllegalStateException	呼叫不合時機的方法	scanner.nextLine(); // close後
IndexOutOfBoundsException	索引越界（泛用）	list.get(99);
InputMismatchException	輸入與預期型別不符	scanner.nextInt(); // 輸入abc
InterruptedException	執行緒睡眠或等待時被中斷	Thread.sleep(1000);
IOException	I/O 錯誤（讀檔、寫檔）	reader.readLine();
NegativeArraySizeException	建立負長度陣列	new int[-3];
NoSuchElementException	無元素可讀取	scanner.nextLine(); // 無輸入
NullPointerException	呼叫 null 物件的方法或欄位	s.length(); // s 是 null
NumberFormatException	字串無法轉成數字	Integer.parseInt("abc");
SecurityException	違反安全管理（例如反射）	System.setSecurityManager(...)
StackOverflowError (非 Exception)	遞迴過深導致堆疊爆炸	infiniteRecursion();
StringIndexOutOfBoundsException	字串索引錯誤	"abc".charAt(5);
UnsupportedOperationException	呼叫未支援的方法	List.of(1,2).add(3);
OutOfMemoryError (非 Exception)	記憶體不足	while(true) list.add(new int[999999]);

類型區分補充：

類型分類	說明	範例
Checked Exception	編譯時需處理，用 try-catch 或 throws	IOException, FileNotFoundException
Unchecked Exception	執行時錯誤，編譯器不強制處理	NullPointerException, ArithmeticException
Error	嚴重錯誤，通常不處理	StackOverflowError, OutOfMemoryError