Exception 的意义

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Exception 的意义引言Exception 的语义自底向上的观点自顶向下的观点 结论

引言

为什么程序设计语言要加入 Exception 机制？这个问题的答案或许不是那么显然。

Exception 常见于 “操作过程可能出现意外” 的场景。比如，试图打开文件时发现文件不存在，或者试图访问数组元素时发现下标越界等等。有趣的是，C 语言中没有 Exception，同样的功能是靠 “特殊返回值” 实现的。比如，fopen 在打开文件失败时会返回 -1。

如果 Exception 的使用场景都可以用特殊返回值实现，Exception 有什么意义呢？下文试着给出我的回答。

Exception 的语义

自底向上的观点

“结构化程序设计” 思想把控制流限制为顺序、循环、分支三种。在有些问题中，只使用这些结构会导致信息流“绕远路”。例如，在程序的所有位置，除零都会引起算数中断，跳出任意多层循环。

自顶向下的观点

借用 《The Seasoned Schemer》中的一个例子：

(define leftmost (lambda (l) (cond [(null? l) '()] [(leaf? (car l)) (car l)] [else (let ([a (leftmost (car l))]) (if (leaf? a) a (leftmost (cdr l))))])))

函数 leftmost 求嵌套列表最左边的叶子元素。在发现叶子元素后，函数调用栈中已经积攒了不少栈帧，必须层层返回。期间，leaf? 被多次调用，做了无用功。如果 leaf? 是一个耗时的操作，矛盾将更加尖锐。

(define leftmost (lambda (l) (call/cc (lambda (skip) (letrec ([lm (lambda (l) (cond [(null? l) '()] [(leaf? (car l)) (skip (car l))] [else (begin (lm (car l)) (lm (cdr l)))]))]) (lm l))))))

用 call/cc，在发现叶子元素时忽略调用栈，显式调用断点直接返回，解决上述问题。语义上，就是 Exception。

结论

如何在与现实中使用 Exception（如设计使用 Exception 的函数库）仍然是个问题，因为这和我们切入问题的角度（函数的定义）有关。

不过，可以确定的是，Exception 不仅和函数设计有关，还和程序性能有关。正如 Exception 的字面意思（something that is not follow a rule or pattern），它引入特殊的控制流，形成信息流的捷径。

最后，我认为应当指出的是，如果不考虑性能问题，Exception 的使用（使用与否）应当以增强程序可读性、可维护性为目的。