LISP - 錯誤處理

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在 Common LISP 術語中，異常被稱為條件。

事實上，條件比傳統程式語言中的異常更通用，因為條件表示任何可能影響函式呼叫棧各個級別的事件，無論是錯誤還是非錯誤。

LISP 中的條件處理機制以這樣一種方式處理此類情況：條件用於發出警告（例如列印警告），而呼叫棧上的上層程式碼可以繼續其工作。

LISP 中的條件處理系統包含三個部分：

• 發出條件
• 處理條件
• 重新啟動過程

處理條件

讓我們以一個處理因除以零引起的條件的示例來解釋這裡概念。

處理條件需要執行以下步驟：

• 定義條件 - “條件是一個物件，其類指示條件的總體性質，其例項資料攜帶有關導致發出條件的特定情況的詳細資訊”。

  define-condition 宏用於定義條件，其語法如下：

(define-condition condition-name (error)
   ((text :initarg :text :reader text))
)

• 新的條件物件使用 MAKE-CONDITION 宏建立，它根據:initargs引數初始化新條件的槽。

在我們的示例中，以下程式碼定義了條件：

(define-condition on-division-by-zero (error)
   ((message :initarg :message :reader message))
)

• 編寫處理程式 - 條件處理程式是用於處理已發出的條件的程式碼。它通常編寫在調用出錯函式的高階函式之一中。當發出條件時，發出機制會根據條件的類搜尋合適的處理程式。

  每個處理程式包含：

  • 型別說明符，指示它可以處理的條件型別
  • 一個函式，它接受一個引數：條件

  當發出條件時，發出機制會找到與條件型別相容的最近建立的處理程式，並呼叫其函式。

  宏handler-case建立條件處理程式。handler-case的基本形式：

(handler-case expression error-clause*)

其中，每個錯誤子句都具有以下形式：

condition-type ([var]) code)

• 重啟階段

  這是實際從錯誤中恢復程式的程式碼，然後條件處理程式可以透過呼叫適當的重啟來處理條件。重啟程式碼通常放置在中級或低階函式中，而條件處理程式則放置在應用程式的上層。

  handler-bind宏允許您提供重啟函式，並允許您在不展開函式呼叫棧的情況下繼續執行低階函式。換句話說，控制流仍然在低階函式中。

  handler-bind的基本形式如下：

(handler-bind (binding*) form*)

其中每個繫結都是以下列表：

• 條件型別
• 一個帶有單個引數的處理程式函式

invoke-restart宏查詢並呼叫最近繫結的重啟函式，並使用指定的名稱作為引數。

您可以有多個重啟。

示例

在此示例中，我們透過編寫一個名為 division-function 的函式來演示上述概念，如果除數引數為零，該函式將建立錯誤條件。我們有三個匿名函式，它們提供了三種退出方法：返回一個值 1，傳送一個除數 2 並重新計算，或返回 1。

建立一個名為 main.lisp 的新原始碼檔案，並在其中鍵入以下程式碼。

(define-condition on-division-by-zero (error)
   ((message :initarg :message :reader message))
)
   
(defun handle-infinity ()
   (restart-case
      (let ((result 0))
         (setf result (division-function 10 0))
         (format t "Value: ~a~%" result)
      )
      (just-continue () nil)
   )
)
     
(defun division-function (value1 value2)
   (restart-case
      (if (/= value2 0)
         (/ value1 value2)
         (error 'on-division-by-zero :message "denominator is zero")
      )

      (return-zero () 0)
      (return-value (r) r)
      (recalc-using (d) (division-function value1 d))
   )
)

(defun high-level-code ()
   (handler-bind
      (
         (on-division-by-zero
            #'(lambda (c)
               (format t "error signaled: ~a~%" (message c))
               (invoke-restart 'return-zero)
            )
         )
         (handle-infinity)
      )
   )
)

(handler-bind
   (
      (on-division-by-zero
         #'(lambda (c)
            (format t "error signaled: ~a~%" (message c))
            (invoke-restart 'return-value 1)
         )
      )
   )
   (handle-infinity)
)

(handler-bind
   (
      (on-division-by-zero
         #'(lambda (c)
            (format t "error signaled: ~a~%" (message c))
            (invoke-restart 'recalc-using 2)
         )
      )
   )
   (handle-infinity)
)

(handler-bind
   (
      (on-division-by-zero
         #'(lambda (c)
            (format t "error signaled: ~a~%" (message c))
            (invoke-restart 'just-continue)
         )
      )
   )
   (handle-infinity)
)

(format t "Done."))

執行程式碼時，它將返回以下結果：

error signaled: denominator is zero
Value: 1
error signaled: denominator is zero
Value: 5
error signaled: denominator is zero
Done.

除了上面討論的“條件系統”之外，Common LISP 還提供了各種可用於發出錯誤的函式。但是，發出錯誤後的錯誤處理方式取決於實現。

LISP 中的錯誤發出函式

下表提供了常用函式，用於發出警告、中斷、非致命和致命錯誤。

使用者程式指定錯誤訊息（字串）。這些函式處理此訊息，可能會或可能不會將其顯示給使用者。

錯誤訊息應透過應用format函式構建，開頭和結尾都不應包含換行符，並且不需要指示錯誤，因為 LISP 系統將根據其首選樣式處理這些錯誤。

示例

在此示例中，factorial 函式計算數字的階乘；但是，如果引數為負數，則會引發錯誤條件。

建立一個名為 main.lisp 的新原始碼檔案，並在其中鍵入以下程式碼。

(defun factorial (x)
   (cond ((or (not (typep x 'integer)) (minusp x))
      (error "~S is a negative number." x))
      ((zerop x) 1)
      (t (* x (factorial (- x 1))))
   )
)

(write(factorial 5))
(terpri)
(write(factorial -1))

執行程式碼時，它將返回以下結果：

120
*** - -1 is a negative number.