C# 異常處理完整指南：try-catch-finally、自訂異常與最佳實踐

異常處理核心機制

C# 使用 try、catch、finally 三大關鍵字構建結構化異常處理（SEH）：

• try：包裹可能拋出異常的程式碼區塊
• catch：捕獲特定類型異常並處理
• finally：無論是否發生異常都會執行，用於資源清理

基本語法與流程

static double SafeDivision(double x, double y)
{
    if (y == 0)
        throw new DivideByZeroException("除數不能為零");
    return x / y;
}

static void Main()
{
    double a = 98, b = 0, result = 0;
    
    try
    {
        result = SafeDivision(a, b);
        Console.WriteLine($"{a} / {b} = {result}");
    }
    catch (DivideByZeroException ex)
    {
        Console.WriteLine("嘗試除以零：" + ex.Message);
    }
    finally
    {
        Console.WriteLine("運算結束"); // 永遠執行
    }
}

異常傳播與呼叫堆疊展開

當方法拋出異常且未在當前 try 區塊捕獲時，CLR 會展開呼叫堆疊，尋找最近的匹配 catch：

void Level1() { Level2(); }
void Level2() { Level3(); }
void Level3() { throw new InvalidOperationException(); }

try { Level1(); }
catch (InvalidOperationException) { /* 這裡捕獲 */ }

若堆疊頂端仍無匹配 catch，進程終止並顯示未處理異常對話框。

自訂異常類別

[Serializable]
public class BusinessRuleException : Exception
{
    public string RuleCode { get; }
    public object[] Parameters { get; }

    public BusinessRuleException(string ruleCode, string message, params object[] parameters)
        : base(message)
    {
        RuleCode = ruleCode;
        Parameters = parameters;
    }

    // 序列化建構函式（跨 AppDomain/遠端調用必備）
    protected BusinessRuleException(SerializationInfo info, StreamingContext context)
        : base(info, context)
    {
        RuleCode = info.GetString(nameof(RuleCode));
        Parameters = (object[])info.GetValue(nameof(Parameters), typeof(object[]));
    }

    public override void GetObjectData(SerializationInfo info, StreamingContext context)
    {
        base.GetObjectData(info, context);
        info.AddValue(nameof(RuleCode), RuleCode);
        info.AddValue(nameof(Parameters), Parameters);
    }
}

// 使用
throw new BusinessRuleException("AGE_001", "年齡必須大於 18 歲，實際值：{0}", 15);

捕獲順序：從具體到一般

try
{
    using var sw = new StreamWriter(@"C:\test\test.txt");
    sw.WriteLine("Hello");
}
catch (FileNotFoundException ex)  // 最具體
{
    Console.WriteLine("檔案不存在：" + ex.FileName);
}
catch (IOException ex)            // 較一般
{
    Console.WriteLine("IO 錯誤：" + ex.Message);
}
catch (Exception ex)              // 最一般（最後兜底）
{
    Console.WriteLine("未預期錯誤：" + ex);
    throw; // 重新拋出，保留堆疊追蹤
}
finally
{
    // 清理資源（using 已自動處理 StreamWriter）
}

finally 區塊：資源確定性釋放

FileStream fs = null;
try
{
    fs = new FileInfo(@"C:\file.txt").OpenWrite();
    fs.WriteByte(0xF);
}
finally
{
    // 即使 try 區塊拋出異常，finally 仍執行
    if (fs != null) fs.Close(); // 釋放檔案鎖定
}

// 現代寫法：using 陳述式（編譯器轉換為 try-finally）
using var fs = new FileInfo(@"C:\file.txt").OpenWrite();
fs.WriteByte(0xF);
// 隱含 finally: fs.Dispose()

異常處理黃金法則

特殊場景處理

• 析構函式異常：會中止析構、呼叫基類析構，若無處理則進程終結
• 靜態建構函式異常：包裝為 TypeInitializationException，原始異常在 InnerException
• 執行緒池/Task 異常：.NET 4.5+ 預設不終結進程，需 TaskScheduler.UnobservedTaskException 觀測
• 記憶體不足：OutOfMemoryException 通常不可恢復，僅能記錄並優雅退出

現代模式：Result<T> 替代部分異常

public readonly struct Result<T>
{
    public T Value { get; }
    public Exception Error { get; }
    public bool IsSuccess => Error == null;

    private Result(T value, Exception error) { Value = value; Error = error; }
    public static Result<T> Success(T value) => new(value, null);
    public static Result<T> Failure(Exception error) => new(default, error);
}

// 使用
Result<int> ParseInt(string s) 
    => int.TryParse(s, out var v) ? Result<int>.Success(v) 
                                   : Result<int>.Failure(new FormatException($"非整數：{s}"));