实验九 异常、断言与日志
实验时间 2018-10-25
理论知识：
异常:在程序的执行过程中所发生的异常事件，它中断指令的正常执行。
Java的异常处理机制可以控制程序从错误产生的位置转移到能够进行错误处理的位置。
程序中出现的常见的错误和问题有:用户输入错误；设备错误；物理限制；代码错误。
Java把程序运行时可能遇到的错误分为两类：非致命异常:通过某种修正后程序还能继续执行。这类错误叫作异常。如：文件不存在、无效的数组下标、空引用、网络断开、打印机脱机、磁盘满等。 Java中提供了一种独特的处理异常的机制，通过异常来处理程序设计中出现的错误。致命异常：程序遇到了非常严重的不正常状态，不能简单恢复执行，是致命性错误。如：内存耗尽、系统内部错误等。这种错误程序本身无法解决。
Java中所有的异常类都直接或间接地继承于Throwable类。除内置异常类外，程序员可自定义异常类。
Java中的异常类可分为两大类： Error ：Error类层次结构描述了Java 运行时系统的内部错误和资源耗尽错误。应用程序不应该捕获这类异常，也不会抛出这种异常 。 Exception类： Exception层次结构又分解为两个分支：一个分支派生于 RuntimeException；另一个分支包含其他异常。
RuntimeException为运行时异常类，一般是程序错误产生。派生于RuntimeException的异常包含下面几种情况：错误的类型转换；数组访问越界；访问空指针。
Java将派生于Error类或RuntimeException类的所有异常称为未检查异常，编译器允许不对它们做出异常处理。 注意：“如果出现RuntimeException异常，就一定是程序员的问题！！！”
程序编码时异常处理的两种方式：积极处理方式：确切知道如何处理的异常应该捕获；消极处理方式：不知道如何去处理的异常声明抛出。
异常处理的原则：(1) 异常处理不能代替简单的条件检测，只在异常情况下使用异常机制。(2) 程序代码不要过分细化异常，尽量将有可能产生异常的语句放在一个try语句块中。(3) 抛出的异常类型尽可能明确。(4) 不要压制异常，对于很少发生的异常，应该将其关闭。(5) 早抛出，晚捕获，尽量让高层次的方法通告用户发生了错误。
实验内容：
1、实验目的与要求
(1) 掌握java异常处理技术；
(2) 了解断言的用法；
(3) 了解日志的用途；
(4) 掌握程序基础调试技巧；
2、实验内容和步骤
实验1：用命令行与IDE两种环境下编辑调试运行源程序ExceptionDemo1、ExceptionDemo2，结合程序运行结果理解程序，掌握未检查异常和已检查异常(语法错误）的区别。
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//异常示例1 public class ExceptionDemo1 { public static void main(String args[]) { int a = 0; System.out.println(5 / a); } } |
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//异常示例2 import java.io.*;
public class ExceptionDemo2 { public static void main(String args[]) { FileInputStream fis=new FileInputStream("text.txt");//JVM自动生成异常对象 int b; while((b=fis.read())!=-1) { System.out.print(b); } fis.close(); }
} |
异常示例一：
修改异常之后：
1 //异常示例1 2 public class ExceptionDemo1 { 3 public static void main(String args[]) { 4 int a = 0; 5 if(a==0) { 6 System.out.println("除数为零"); 7 } 8 else { 9 System.out.println(5 / a); 10 } 11 } 12 }
异常示例二：
修改异常之后：
1 //异常示例2 2 import java.io.*; 3 4 public class ExceptionDemo2 { 5 public static void main(String args[]) throws IOException 6 { 7 FileInputStream fis=new FileInputStream("text.txt");//JVM自动生成异常对象 8 int b; 9 while((b=fis.read())!=-1) 10 { 11 System.out.print(b); 12 } 13 fis.close(); 14 } 15 16 }
实验2： 导入以下示例程序，测试程序并进行代码注释。
测试程序1：
l 在elipse IDE中编辑、编译、调试运行教材281页7-1，结合程序运行结果理解程序；
l 在程序中相关代码处添加新知识的注释；
1 package stackTrace; 2 3 import java.util.*; 4 5 /** 6 * A program that displays a trace feature of a recursive method call. 7 * @version 1.01 2004-05-10 8 * @author Cay Horstmann 9 */ 10 //此程序打印了递归阶乘函数的堆栈情况 11 public class StackTraceTest 12 { 13 /** 14 * Computes the factorial of a number 15 * @param n a non-negative integer 16 * @return n! = 1 * 2 * . . . * n 17 */ 18 public static int factorial(int n) 19 { 20 System.out.println("factorial(" + n + "):"); 21 Throwable t = new Throwable(); 22 StackTraceElement[] frames = t.getStackTrace();//使用getStackTrace方法，它会得到StackTraceElement对象的一个数组，StackTraceElement类含有能够获得文件名和当前执行的代码行号的方法，同时，还含有能够获得类名和方法名的方法 23 for (StackTraceElement f : frames) 24 System.out.println(f); 25 int r; 26 if (n <= 1) r = 1; 27 else r = n * factorial(n - 1); 28 System.out.println("return " + r); 29 return r; 30 } 31 32 public static void main(String[] args) 33 { 34 Scanner in = new Scanner(System.in); 35 System.out.print("Enter n: "); 36 int n = in.nextInt(); 37 factorial(n); 38 } 39 }
l 掌握Throwable类的堆栈跟踪方法；
测试程序2：
l Java语言的异常处理有积极处理方法和消极处理两种方式；
l 下列两个简答程序范例给出了两种异常处理的代码格式。在elipse IDE中编辑、调试运行源程序ExceptionalTest.java，将程序中的text文件更换为身份证号.txt，要求将文件内容读入内容，并在控制台显示；
l 掌握两种异常处理技术的特点。
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//积极处理方式 import java.io.*;
class ExceptionTest { public static void main (string args[]) { try{ FileInputStream fis=new FileInputStream("text.txt"); } catch（FileNotFoundExcption e） { …… } …… } } |
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//消极处理方式
import java.io.*; class ExceptionTest { public static void main (string args[]) throws FileNotFoundExcption { FileInputStream fis=new FileInputStream("text.txt"); } } |
积极处理方式;
1 //积极处理方式 2 import java.io.*; 3 import java.io.BufferedReader; 4 import java.io.FileReader; 5 6 class ExceptionTest { 7 public static void main (String args[]) 8 { 9 File fis=new File("身份证号.txt"); 10 try{ 11 12 13 FileReader fr = new FileReader(fis); 14 BufferedReader br = new BufferedReader(fr); 15 try { 16 String s, s2 = new String(); 17 while ((s = br.readLine()) != null) { 18 s2 += s + "\n "; 19 } 20 br.close(); 21 System.out.println(s2); 22 } catch (IOException e) { 23 e.printStackTrace(); 25 } 26 } catch (FileNotFoundException e) { 28 e.printStackTrace(); 29 } 30 31 } 32 }
消极处理方式：
修改后的代码：
package yyyy; //消极处理方式 import java.io.*; class ExceptionTest { public static void main (String args[]) throws IOException { File fis=new File("身份证号.txt"); FileReader fr = new FileReader(fis); BufferedReader br = new BufferedReader(fr); String s, s2 = new String(); while ((s = br.readLine()) != null) { s2 += s + "\n "; } br.close(); System.out.println(s2); } }
实验3: 编程练习
练习1：
l 编制一个程序，将身份证号.txt 中的信息读入到内存中；
l 按姓名字典序输出人员信息；
l 查询最大年龄的人员信息；
l 查询最小年龄人员信息；
l 输入你的年龄，查询身份证号.txt中年龄与你最近人的姓名、身份证号、年龄、性别和出生地；
l 查询人员中是否有你的同乡；
l
1 package xinxi; 2 3 4 5 public class Student implements Comparable<Student> { 6 7 private String name; 8 private String number ; 9 private String sex ; 10 private int age; 11 private String province; 12 13 public String getName() { 14 return name; 15 } 16 public void setName(String name) { 17 this.name = name; 18 } 19 public String getnumber() { 20 return number; 21 } 22 public void setnumber(String number) { 23 this.number = number; 24 } 25 public String getsex() { 26 return sex ; 27 } 28 public void setsex(String sex ) { 29 this.sex =sex ; 30 } 31 public int getage() { 32 33 return age; 34 } 35 public void setage(int age) { 36 this.age= age; 37 } 38 39 public String getprovince() { 40 return province; 41 } 42 public void setprovince(String province) { 43 this.province=province ; 44 } 45 46 public int compareTo(Student o) { 47 return this.name.compareTo(o.getName()); 48 } 49 50 public String toString() { 51 return name+"\t"+sex+"\t"+age+"\t"+number+"\t"+province+"\n"; 52 } 53 }
1 package xinxi; 2 3 import java.io.BufferedReader; 4 import java.io.File; 5 import java.io.FileInputStream; 6 import java.io.FileNotFoundException; 7 import java.io.IOException; 8 import java.io.InputStreamReader; 9 import java.util.ArrayList; 10 import java.util.Arrays; 11 import java.util.Collections; 12 import java.util.Scanner; 13 14 public class xinxi{ 15 private static ArrayList<Student> studentlist; 16 public static void main(String[] args) { 17 studentlist = new ArrayList<>(); 18 @SuppressWarnings("resource") 19 Scanner scanner = new Scanner(System.in); 20 File file = new File("F:\\身份证号.txt"); 21 try { 22 FileInputStream fis = new FileInputStream(file); 23 @SuppressWarnings("resource") 24 BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(fis)); 25 String temp = null; 26 while ((temp = in.readLine()) != null) { 27 28 @SuppressWarnings("resource") 29 Scanner linescanner = new Scanner(temp); 30 31 linescanner.useDelimiter(" "); 32 String name = linescanner.next(); 33 String number = linescanner.next(); 34 String sex = linescanner.next(); 35 String age = linescanner.next(); 36 String province =linescanner.nextLine(); 37 Student student = new Student(); 38 student.setName(name); 39 student.setnumber(number); 40 student.setsex(sex); 41 int a = Integer.parseInt(age); 42 student.setage(a); 43 student.setprovince(province); 44 studentlist.add(student); 45 46 } 47 } catch (FileNotFoundException e) { 48 System.out.println("学生信息文件找不到"); 49 e.printStackTrace(); 50 } catch (IOException e) { 51 System.out.println("学生信息文件读取错误"); 52 e.printStackTrace(); 53 } 54 boolean isTrue = true; 55 while (isTrue) { 56 System.out.println("输入序号进行相应的操作"); 57 System.out.println("1.字典排序"); 58 System.out.println("2.输出年龄最大和年龄最小的人"); 59 System.out.println("3.查找与你年龄相近的人"); 60 System.out.println("4.查找你的同乡"); 61 String n = scanner.next(); 62 switch (n) { 63 case "1": 64 Collections.sort(studentlist); 65 System.out.println(studentlist.toString()); 66 break; 67 case "2": 68 int max=0,min=100; 69 int j,k1 = 0,k2=0; 70 for(int i=1;i<studentlist.size();i++) 71 { 72 j=studentlist.get(i).getage(); 73 if(j>max) 74 { 75 max=j; 76 k1=i; 77 } 78 if(j<min) 79 { 80 min=j; 81 k2=i; 82 } 83 84 } 85 System.out.println("年龄最大："+studentlist.get(k1)); 86 System.out.println("年龄最小："+studentlist.get(k2)); 87 break; 88 case "3": 89 System.out.println("年龄："); 90 int yourage = scanner.nextInt(); 91 int near=agenear(yourage); 92 @SuppressWarnings("unused") int value=yourage-studentlist.get(near).getage(); 93 System.out.println("和你年龄相近的是"+studentlist.get(near)); 94 break; 95 96 case "4": 97 System.out.println("输入你的家乡"); 98 String find = scanner.next(); 99 String place=find.substring(0,3); 100 for (int i = 0; i <studentlist.size(); i++) 101 { 102 if(studentlist.get(i).getprovince().substring(1,4).equals(place)) 103 System.out.println("你的同乡是 "+studentlist.get(i)); 104 } 105 break; 106 107 } 108 } 109 } 110 public static int agenear(int age) { 111 @SuppressWarnings("unused") 112 int j=0,min=53,value=0,k=0; 113 for (int i = 0; i < studentlist.size(); i++) 114 { 115 value=studentlist.get(i).getage()-age; 116 if(value<0) value=-value; 117 if (value<min) 118 { 119 min=value; 120 k=i; 121 } 122 } 123 return k; 124 125 126 } 127 128 129 }
在以上程序适当位置加入异常捕获代码。
注：以下实验课后完成
练习2：
l 编写一个计算器类，可以完成加、减、乘、除的操作；
l 利用计算机类，设计一个小学生100以内数的四则运算练习程序，由计算机随机产生10道加减乘除练习题，学生输入答案，由程序检查答案是否正确，每道题正确计10分，错误不计分，10道题测试结束后给出测试总分；
l 将程序中测试练习题及学生答题结果输出到文件，文件名为test.txt；
l 在以上程序适当位置加入异常捕获代码。
代码如下：
1 package jisuan; 2 3 import java.util.Scanner; 4 public class JISUAN1 { 5 public static void main(String[] args) { 6 7 Scanner in = new Scanner(System.in); 8 9 int sum = 0; 10 11 for (int i = 0; i < 10; i++) { 12 13 int a = (int) Math.round(Math.random() * 100); 14 int b = (int) Math.round(Math.random() * 100); 15 int d = (int) Math.round(Math.random() * 3); 16 switch (d) { 17 case 0: 18 if(b!=0) { 19 System.out.println(a + "/" + b + "="); 20 21 int c = in.nextInt(); 22 23 if (c == a / b) { 24 sum += 10; 25 System.out.println("恭喜答案正确"); 26 } else { 27 System.out.println("抱歉，答案错误"); 28 } 29 }else { 30 System.out.println("此表达式错误"); 31 } 32 33 break; 34 case 1: 35 36 System.out.println(a + "+" + b + "="); 37 int c0 = in.nextInt(); 38 if (c0 == a + b) { 39 sum += 10; 40 System.out.println("恭喜答案正确"); 41 } else { 42 System.out.println("抱歉，答案错误"); 43 } 44 break; 45 case 2: 46 47 System.out.println(a + "-" + b + "="); 48 int c1 = in.nextInt(); 49 if (c1 == a + b) { 50 sum += 10; 51 System.out.println("恭喜答案正确"); 52 } else { 53 System.out.println("抱歉，答案错误"); 54 } 55 break; 56 case 3: 57 58 System.out.println(a + "*" + b + "="); 59 int c2 = in.nextInt(); 60 if (c2 == a + b) { 61 sum += 10; 62 System.out.println("恭喜答案正确"); 63 } else { 64 System.out.println("抱歉，答案错误"); 65 } 66 break; 67 } 68 } 69 70 System.out.println("你的得分为" + sum); 71 72 } 73 }
实验4：断言、日志、程序调试技巧验证实验。
实验程序1：
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//断言程序示例 public class AssertDemo { public static void main(String[] args) { test1(-5); test2(-3); }
private static void test1(int a){ assert a > 0; System.out.println(a); } private static void test2(int a){ assert a > 0 : "something goes wrong here, a cannot be less than 0"; System.out.println(a); } } |
l 在elipse下调试程序AssertDemo，结合程序运行结果理解程序；
l 注释语句test1(-5);后重新运行程序，结合程序运行结果理解程序；
l 掌握断言的使用特点及用法。
1 //断言程序示例 2 package yyyy; 3 public class AssertDemo { 4 5 public static void main(String[] args) { 6 7 test1(-5); 8 9 test2(-3); 10 11 } 12 13 14 15 private static void test1(int a){ 16 17 assert a > 0;//字符串结尾判断 18 System.out.println(a); 19 20 } 21 22 private static void test2(int a){ 23 24 assert a > 0 : "something goes wrong here, a cannot be less than 0";//后面的表达式是一个字符串输出，如果前面表达式为假，后面表达式就会输出显示。 25 26 System.out.println(a); 27 28 } 29 30 }
实验程序2：
l 用JDK命令调试运行教材298页-300页程序7-2，结合程序运行结果理解程序；
l 并掌握Java日志系统的用途及用法。
package logging; import java.awt.*; import java.awt.event.*; import java.io.*; import java.lang.System.Logger; import java.util.logging.*; import javax.swing.*; /** * A modification of the image viewer program that logs various events. * @version 1.03 2015-08-20 * @author Cay Horstmann */ public class LoggingImageViewer { public static void main(String[] args) { if (System.getProperty("java.util.logging.config.class") == null && System.getProperty("java.util.logging.config.file") == null) { try { Logger.getLogger("com.horstmann.corejava").setLevel(Level.ALL); final int LOG_ROTATION_COUNT = 10; Handler handler = new FileHandler("%h/LoggingImageViewer.log", 0, LOG_ROTATION_COUNT); Logger.getLogger("com.horstmann.corejava").addHandler(handler); } catch (IOException e) { Logger.getLogger("com.horstmann.corejava").log(Level.SEVERE, "Can't create log file handler", e); } } EventQueue.invokeLater(() -> { Handler windowHandler = new WindowHandler(); windowHandler.setLevel(Level.ALL); Logger.getLogger("com.horstmann.corejava").addHandler(windowHandler); JFrame frame = new ImageViewerFrame(); frame.setTitle("LoggingImageViewer"); frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); Logger.getLogger("com.horstmann.corejava").fine("Showing frame"); frame.setVisible(true); }); } } /** * The frame that shows the image. */ class ImageViewerFrame extends JFrame { private static final int DEFAULT_WIDTH = 300; private static final int DEFAULT_HEIGHT = 400; private JLabel label; private static Logger logger = Logger.getLogger("com.horstmann.corejava"); public ImageViewerFrame() { logger.entering("ImageViewerFrame", "<init>"); setSize(DEFAULT_WIDTH, DEFAULT_HEIGHT); // set up menu bar JMenuBar menuBar = new JMenuBar(); setJMenuBar(menuBar); JMenu menu = new JMenu("File"); menuBar.add(menu); JMenuItem openItem = new JMenuItem("Open"); menu.add(openItem); openItem.addActionListener(new FileOpenListener()); JMenuItem exitItem = new JMenuItem("Exit"); menu.add(exitItem); exitItem.addActionListener(new ActionListener() { public void actionPerformed(ActionEvent event) { logger.fine("Exiting."); System.exit(0); } }); // use a label to display the images label = new JLabel(); add(label); logger.exiting("ImageViewerFrame", "<init>"); } private class FileOpenListener implements ActionListener { public void actionPerformed(ActionEvent event) { logger.entering("ImageViewerFrame.FileOpenListener", "actionPerformed", event); // set up file chooser JFileChooser chooser = new JFileChooser(); chooser.setCurrentDirectory(new File(".")); // accept all files ending with .gif chooser.setFileFilter(new javax.swing.filechooser.FileFilter() { public boolean accept(File f) { return f.getName().toLowerCase().endsWith(".gif") || f.isDirectory(); } public String getDescription() { return "GIF Images"; } }); // show file chooser dialog int r = chooser.showOpenDialog(ImageViewerFrame.this); // if image file accepted, set it as icon of the label if (r == JFileChooser.APPROVE_OPTION) { String name = chooser.getSelectedFile().getPath(); logger.log(Level.FINE, "Reading file {0}", name); label.setIcon(new ImageIcon(name)); } else logger.fine("File open dialog canceled."); logger.exiting("ImageViewerFrame.FileOpenListener", "actionPerformed"); } } } /** * A handler for displaying log records in a window. */ class WindowHandler extends StreamHandler { private JFrame frame; public WindowHandler() { frame = new JFrame(); final JTextArea output = new JTextArea(); output.setEditable(false); frame.setSize(200, 200); frame.add(new JScrollPane(output)); frame.setFocusableWindowState(false); frame.setVisible(true); setOutputStream(new OutputStream() { public void write(int b) { } // not called public void write(byte[] b, int off, int len) { output.append(new String(b, off, len)); } }); } public void publish(LogRecord record) { if (!frame.isVisible()) return; super.publish(record); flush(); } }
实验程序3：
l 用JDK命令调试运行教材298页-300页程序7-2，结合程序运行结果理解程序；
l 按课件66-77内容练习并掌握Elipse的常用调试技术。
实验总结;
本次学习了Java的异常处理技术，对其有所学习和了解，但断言和日志自己的自主学习情况不是很理想，以至于最后两个实验的情况不是很理想。编程也有自己慢慢试着去提升，会继续努力。
