LISP - 错误处理

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在 Common LISP 术语中，异常被称为条件。

事实上，条件比传统编程语言中的异常更通用，因为条件表示任何可能影响函数调用栈各个级别的事件，无论是错误还是非错误。

LISP 中的条件处理机制以这样一种方式处理此类情况：条件用于发出警告（例如打印警告），而调用栈上的上层代码可以继续其工作。

LISP 中的条件处理系统包含三个部分：

• 发出条件
• 处理条件
• 重新启动过程

处理条件

让我们以一个处理因除以零引起的条件的示例来解释这里概念。

处理条件需要执行以下步骤：

• 定义条件 - “条件是一个对象，其类指示条件的总体性质，其实例数据携带有关导致发出条件的特定情况的详细信息”。

  define-condition 宏用于定义条件，其语法如下：

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

• 新的条件对象使用 MAKE-CONDITION 宏创建，它根据:initargs参数初始化新条件的槽。

在我们的示例中，以下代码定义了条件：

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

• 编写处理程序 - 条件处理程序是用于处理已发出的条件的代码。它通常编写在调用出错函数的高级函数之一中。当发出条件时，发出机制会根据条件的类搜索合适的处理程序。

  每个处理程序包含：

  • 类型说明符，指示它可以处理的条件类型
  • 一个函数，它接受一个参数：条件

  当发出条件时，发出机制会找到与条件类型兼容的最近建立的处理程序，并调用其函数。

  宏handler-case建立条件处理程序。handler-case的基本形式：

(handler-case expression error-clause*)

其中，每个错误子句都具有以下形式：

condition-type ([var]) code)

• 重启阶段

  这是实际从错误中恢复程序的代码，然后条件处理程序可以通过调用适当的重启来处理条件。重启代码通常放置在中级或低级函数中，而条件处理程序则放置在应用程序的上层。

  handler-bind宏允许您提供重启函数，并允许您在不展开函数调用栈的情况下继续执行低级函数。换句话说，控制流仍然在低级函数中。

  handler-bind的基本形式如下：

(handler-bind (binding*) form*)

其中每个绑定都是以下列表：

• 条件类型
• 一个带有单个参数的处理程序函数

invoke-restart宏查找并调用最近绑定的重启函数，并使用指定的名称作为参数。

您可以有多个重启。

示例

在此示例中，我们通过编写一个名为 division-function 的函数来演示上述概念，如果除数参数为零，该函数将创建错误条件。我们有三个匿名函数，它们提供了三种退出方法：返回一个值 1，发送一个除数 2 并重新计算，或返回 1。

创建一个名为 main.lisp 的新源代码文件，并在其中键入以下代码。

(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."))

执行代码时，它将返回以下结果：

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

除了上面讨论的“条件系统”之外，Common LISP 还提供了各种可用于发出错误的函数。但是，发出错误后的错误处理方式取决于实现。

LISP 中的错误发出函数

下表提供了常用函数，用于发出警告、中断、非致命和致命错误。

用户程序指定错误消息（字符串）。这些函数处理此消息，可能会或可能不会将其显示给用户。

错误消息应通过应用format函数构建，开头和结尾都不应包含换行符，并且不需要指示错误，因为 LISP 系统将根据其首选样式处理这些错误。

示例

在此示例中，factorial 函数计算数字的阶乘；但是，如果参数为负数，则会引发错误条件。

创建一个名为 main.lisp 的新源代码文件，并在其中键入以下代码。

(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))

执行代码时，它将返回以下结果：

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