31、Cocoa开发中的异常、信号、错误与调试

Cocoa开发中的异常、信号、错误与调试

在Cocoa开发过程中，我们常常会遇到各种异常、信号和错误，掌握有效的调试方法至关重要。下面将详细介绍常见的异常类型、产生原因以及相应的解决办法。

1. 利用lldb调试异常

当程序崩溃时，我们往往只能看到一堆汇编代码，缺乏变量名等有用信息。不过，在Mac OS X（64位Intel硬件）编译的代码中，函数的返回值会临时存储在名为 rax 的CPU寄存器中，在lldb里可以通过特殊变量 $rax 访问。

当程序在 objc_exception_throw 函数处停止时， $rax 寄存器恰好包含新的异常。此时，可使用lldb的 po 命令以可读格式打印对象的值，示例如下：

(lldb) po $rax
$1 = 4296302928 -[__NSCFNumber length]: unrecognized selector sent to instance 0x387

我们还能进一步利用lldb的实时Objective - C方法执行功能，询问异常的更多信息：

(lldb) po [$rax name]
$2 = 0x00007fff783e0a30 NSInvalidArgumentException
(lldb) po [$rax reason]
$3 = 0x0000000100136650 -[__NSCFNumber length]: unrecognized selector sent to instance 0x387

由此可知， reason 方法的返回值与 description 返回值相同，而 name 方法返回异常的类型，这里是 NSInvalidArgumentException 。

2. NSInvalidArgumentException异常

从理论上讲，任何判定参数无效的方法都可能抛出 NSInvalidArgumentException 异常。实际开发中，Cocoa开发者常见的两种触发情况如下：

2.1 调用对象不存在的方法

代码示例：

for (NSString *component in nameComponents) {
    nameComponentLength += [component length];
}

当代码尝试对不具备 length 方法的对象调用该方法时，就会引发问题。这里是对 NSCFNumber 类调用 length 方法，而该类并未实现此方法。

解决办法：使用 description 方法将对象转换为字符串，修改后的代码如下：

nameComponentLength += [[component description] length];

2.2 向数组插入nil对象

代码示例：

[array addObject:object2];

若 object2 为 nil ，而 NSMutableArray 不允许插入 nil ，就会抛出异常。

解决办法：添加安全检查，代码如下：

if (object2 != nil) {
    [array addObject:object2];
}

3. NSRangeException异常

当程序出现 NSRangeException 异常时，通常是因为使用了超出数组边界的索引。例如：

NSUInteger indexOfFive = [array indexOfObject:@"five"];
NSLog(@"found indexed item %@", array[indexOfFive]);

若数组中不存在指定对象， indexOfObject: 方法会返回 NSNotFound ，其值为最大可能的整数值。在64位Mac OS X系统中，该值为 9223372036854775807 。

解决办法：每次使用 indexOfObject: 方法的返回值时，都要检查是否为 NSNotFound ，修改后的代码如下：

- (void)rangeException {
    NSArray *array = @[@"one", @"two", @"three"];
    NSUInteger indexOfTwo = [array indexOfObject:@"two"];
    if (indexOfTwo != NSNotFound) {
        NSLog(@"found indexed item %@", array[indexOfTwo]);
    }
    NSUInteger indexOfFive = [array indexOfObject:@"five"];
    if (indexOfFive != NSNotFound) {
        NSLog(@"found indexed item %@", array[indexOfFive]);
    }
}

4. 其他异常情况

除了上述常见异常，Cocoa应用中还可能出现其他异常，如 NSGenericException 和 NSInternalInconsistencyException ，但这些异常相对少见。另外，使用Apple的Distributed Objects（DO）技术时，会更频繁地遇到异常。

5. 信号导致的程序崩溃

在Cocoa开发中，对象指针使用不当会引发内存访问错误，进而产生信号导致程序崩溃。常见的两种情况如下：

5.1 向未初始化的对象指针发送消息

默认情况下，在Objective - C方法中声明的局部变量指针不会自动指向 nil 或其他无害对象，可能指向不恰当的内存地址。

示例代码：

- (void)uninitializedObject {
    NSMutableString *string = (__bridge NSMutableString *)(void *)0xdeadbeef;
    [string appendFormat:@"foo"];
}

解决办法：声明Objective - C对象指针时，立即为其赋值，即便赋值为 nil ：

NSMutableString *string = nil;

5.2 向已释放的对象发送消息

在不使用ARC（自动引用计数）的项目中，手动管理对象的引用计数时，若操作不当，可能会向已释放的对象发送消息。

示例代码：

- (void)freedObject {
    NSString *object = [[NSString alloc] initWithCString:"hi there"
                                                encoding:NSUTF8StringEncoding];
    [object release];
    NSLog(@"Where is my object? %@", object);
}

解决办法：释放对象后，立即将指向该对象的指针置为 nil ：

[object release];
object = nil;

综上所述，在Cocoa开发中，掌握常见异常和信号的处理方法，遵循良好的编程习惯，如及时初始化指针、检查返回值、正确管理对象引用计数等，能有效避免许多潜在的问题。同时，合理运用调试工具，如lldb和Xcode的图形调试器，有助于快速定位和解决问题。

下面是一个简单的流程图，展示了处理异常的基本流程：

graph TD;
    A[程序崩溃] --> B[使用lldb查看异常信息];
    B --> C{异常类型};
    C -->|NSInvalidArgumentException| D[检查调用方法和插入对象];
    C -->|NSRangeException| E[检查索引值是否为NSNotFound];
    C -->|其他异常| F[具体问题具体分析];
    D --> G[修改代码解决问题];
    E --> G;
    F --> G;
    G --> H[重新运行程序];

常见异常总结表格：
| 异常类型 | 触发原因 | 解决办法 |
| ---- | ---- | ---- |
| NSInvalidArgumentException | 调用对象不存在的方法、向数组插入nil对象 | 使用description方法、添加安全检查 |
| NSRangeException | 使用超出数组边界的索引 | 检查索引值是否为NSNotFound |
| 信号导致的崩溃 | 向未初始化的指针或已释放的对象发送消息 | 立即初始化指针、释放对象后将指针置为nil |

Cocoa开发中的异常、信号、错误与调试

6. 调试异常的具体操作步骤

在实际开发中，当遇到异常时，我们可以按照以下步骤进行调试：

6.1 捕获异常

当程序崩溃时，若已经设置了异常断点，程序会停止并进入lldb调试模式。例如，在前面提到的各种异常情况中，程序都会在触发异常时停在 objc_exception_throw 函数处。

6.2 查看异常信息

在lldb调试模式下，使用 po $rax 命令查看异常的详细信息，使用 po [$rax name] 查看异常的类型。例如：

(lldb) po $rax
$0 = 4327021824 *** -[__NSArrayM insertObject:atIndex:]: object cannot be nil
(lldb) po [$rax name]
$1 = 0x00007fff783e0a30 NSInvalidArgumentException

6.3 定位异常代码

在Xcode的调试导航器中，点击 objc_exception_throw 行，查看调用栈。找到调用栈中包含我们自己代码的最上层栈帧，点击该行，代码编辑器会高亮显示触发异常的代码行。

6.4 分析异常原因

根据异常信息和代码上下文，分析异常产生的原因。例如，对于 NSInvalidArgumentException ，可能是调用了对象不存在的方法或向数组插入了 nil 对象；对于 NSRangeException ，可能是使用了超出数组边界的索引。

6.5 修复异常

根据分析出的原因，对代码进行相应的修改。例如，对于调用对象不存在的方法的问题，使用 description 方法进行转换；对于向数组插入 nil 对象的问题，添加安全检查；对于使用超出数组边界的索引的问题，检查索引值是否为 NSNotFound 。

6.6 重新运行程序

修改代码后，重新运行程序，检查问题是否解决。

7. 避免异常的最佳实践

为了减少异常的发生，我们可以遵循以下最佳实践：

7.1 初始化指针

在声明Objective - C对象指针时，立即为其赋值，即使赋值为 nil 。这样可以避免向未初始化的指针发送消息导致的崩溃。例如：

NSMutableString *string = nil;

7.2 检查返回值

对于可能返回特殊值的方法，如 indexOfObject: 方法，要检查返回值是否为 NSNotFound 。例如：

NSUInteger indexOfFive = [array indexOfObject:@"five"];
if (indexOfFive != NSNotFound) {
    NSLog(@"found indexed item %@", array[indexOfFive]);
}

7.3 管理对象引用计数

如果不使用ARC，在释放对象后，立即将指向该对象的指针置为 nil 。这样可以避免向已释放的对象发送消息导致的崩溃。例如：

[object release];
object = nil;

7.4 编写单元测试

编写单元测试可以帮助我们在开发过程中尽早发现潜在的问题。通过对关键代码进行单元测试，可以确保代码在各种情况下都能正常工作。

8. 调试工具的高级使用

除了基本的lldb调试命令外，我们还可以使用Xcode的一些高级调试功能：

8.1 图形调试器

Xcode的图形调试器可以直观地显示程序的调用栈、变量值等信息。在调试导航器中，点击调用栈中的不同栈帧，可以切换到不同的代码位置，查看该位置的变量值。

8.2 断点调试

除了异常断点外，我们还可以设置普通断点，在代码中指定位置暂停程序执行。通过在关键代码处设置断点，可以逐步执行代码，观察变量值的变化，从而定位问题。

8.3 内存调试

Xcode提供了内存调试工具，可以帮助我们检测内存泄漏和其他内存问题。通过分析内存分配和释放情况，可以找出内存使用不合理的地方。

9. 总结

在Cocoa开发中，异常、信号和错误是不可避免的。但通过掌握常见异常类型、产生原因和解决办法，遵循最佳实践，合理运用调试工具，我们可以有效地减少问题的发生，并快速定位和解决出现的问题。

以下是一个总结性的流程图，展示了从异常发生到解决的完整过程：

graph LR;
    A[异常发生] --> B[捕获异常];
    B --> C[查看异常信息];
    C --> D[定位异常代码];
    D --> E[分析异常原因];
    E --> F[修复异常];
    F --> G[重新运行程序];
    G --> H{问题解决?};
    H -->|是| I[继续开发];
    H -->|否| B;

通过不断学习和实践，我们可以在Cocoa开发中更加得心应手，提高开发效率和代码质量。

最后，再次强调几个关键要点的列表：
- 遇到异常时，利用lldb查看异常信息，定位问题代码。
- 对于常见异常，如 NSInvalidArgumentException 和 NSRangeException ，了解其产生原因和解决办法。
- 遵循初始化指针、检查返回值、管理对象引用计数等最佳实践，避免异常发生。
- 合理运用Xcode的调试工具，如图形调试器、断点调试和内存调试，提高调试效率。