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## 八、Bug 和错误
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> 调试的难度是开始编写代码的两倍。 因此，如果您尽可能巧妙地编写代码，那么根据定义，您的智慧不足以进行调试。
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> Brian Kernighan 和 P.J. Plauger，《The Elements of Programming Style》
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计算机程序中的缺陷通常称为 bug。 它让程序员觉得很好，将它们想象成小事，只是碰巧进入我们的作品。 实际上，我们当然会把它们放在那里。
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如果一个程序是思想的结晶，你可以粗略地将错误分为因为思想混乱引起的错误，以及思想转换为代码时引入的错误。 前者通常比后者更难诊断和修复。
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### 语言
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计算机能够自动地向我们指出许多错误，如果它足够了解我们正在尝试做什么。 但是这里 JavaScript 的宽松是一个障碍。 它的绑定和属性概念很模糊，在实际运行程序之前很少会发现拼写错误。 即使这样，它也允许你做一些不会报错的无意义的事情，比如计算`true *'monkey'`。
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JavaScript 有一些报错的事情。 编写不符合语言语法的程序会立即使计算机报错。 其他的东西，比如调用不是函数的东西，或者在未定义的值上查找属性，会导致在程序尝试执行操作时报告错误。
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不过，JavaScript 在处理无意义的计算时，会仅仅返回NaN（表示不是数字）或undefined这样的结果。程序会认为其执行的代码毫无问题并顺利运行下去，要等到随后的运行过程中才会出现问题，而此时已经有许多函数使用了这个无意义的值。程序执行中也可能不会遇到任何错误，只会产生错误的程序输出。找出这类错误的源头是非常困难的。
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我们将查找程序中的错误或者bug的过程称为调试（debug）。
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### 8.2 严格模式
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当启用了严格模式（strict mode）后，JavaScript就会在执行代码时变得更为严格。我们只需在文件或函数体顶部放置字符串“use strict”就可以启用严格模式了。下面是示例代码：
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```
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function canYouSpotTheProblem() {
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"use strict";
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for (counter = 0; counter < 10; counter++) {
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console.log("Happy happy");
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}
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}
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canYouSpotTheProblem();
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// → ReferenceError: counter is not defined
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```
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通常，当您忘记在绑定前面放置`let`时，就像在示例中的`counter`一样，JavaScript 静静地创建一个全局绑定并使用它。 在严格模式下，它会报告错误。 这非常有帮助。 但是，应该指出的是，当绑定已经作为全局绑定存在时，这是行不通的。 在这种情况下，循环仍然会悄悄地覆盖绑定的值。
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严格模式中的另一个变化是，在未被作为方法而调用的函数中，`this`绑定持有值`undefined`。 当在严格模式之外进行这样的调用时，`this`引用全局作用域对象，该对象的属性是全局绑定。 因此，如果您在严格模式下不小心错误地调用方法或构造函数，JavaScript 会在尝试从`this`读取某些内容时产生错误，而不是愉快地写入全局作用域。
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例如，考虑下面的代码，该代码不带`new`关键字调用构造函数，以便其`this`不会引用新构造的对象：
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```
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function Person(name) { this.name = name; }
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let ferdinand = Person("Ferdinand"); // oops
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console.log(name);
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// → Ferdinand
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```
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虽然我们错误调用了Person，代码也可以执行成功，但会返回一个未定义值，并创建名为name的全局绑定。而在严格模式中，结果就不同了。
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```
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"use strict";
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function Person(name) { this.name = name; }
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let ferdinand = Person("Ferdinand");
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// → TypeError: Cannot set property 'name' of undefined
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```
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JavaScript会立即告知我们代码中包含错误。这种特性十分有用。
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幸运的是，使用`class`符号创建的构造函数，如果在不使用`new`来调用，则始终会抱怨，即使在非严格模式下也不会产生问题。
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严格模式做了更多的事情。 它不允许使用同一名称给函数赋多个参数，并且完全删除某些有问题的语言特性（例如`with`语句，这是错误的，本书不会进一步讨论）。
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简而言之，在程序顶部放置`"use strict"`很少会有问题，并且可能会帮助您发现问题。
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### 类型
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有些语言甚至在运行程序之前想要知道，所有绑定和表达式的类型。 当类型以不一致的方式使用时，他们会马上告诉你。 JavaScript 只在实际运行程序时考虑类型，即使经常尝试将值隐式转换为它预期的类型，所以它没有多大帮助。
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尽管如此，类型为讨论程序提供了一个有用的框架。 许多错误来自于值的类型的困惑，它们进入或来自一个函数。 如果你把这些信息写下来，你不太可能会感到困惑。
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你可以在上一章的`goalOrientedRobot`函数上面，添加一个像这样的注释来描述它的类型。
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```
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// (WorldState, Array) → {direction: string, memory: Array}
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function goalOrientedRobot(state, memory) {
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// ...
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}
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```
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有许多不同的约定，用于标注 JavaScript 程序的类型。
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关于类型的一点是，他们需要引入自己的复杂性，以便能够描述足够有用的代码。 你认为从数组中返回一个随机元素的`randomPick`函数的类型是什么？ 你需要引入一个变量类型`T`，它可以代表任何类型，这样你就可以给予`randomPick`一个像`([T])->T`的类型（从`T`到`T`的数组的函数）。
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当程序的类型已知时，计算机可以为你检查它们，在程序运行之前指出错误。 有几种 JavaScript 语言为语言添加类型并检查它们。 最流行的称为 [TypeScript](https://www.typescriptlang.org/)。 如果您有兴趣为您的程序添加更多的严谨性，我建议您尝试一下。
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在本书中，我们将继续使用原始的，危险的，非类型化的 JavaScript 代码。
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### 测试
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如果语言不会帮助我们发现错误，我们将不得不努力找到它们：通过运行程序并查看它是否正确执行。
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一次又一次地手动操作，是一个非常糟糕的主意。 这不仅令人讨厌，而且也往往是无效的，因为每次改变时都需要花费太多时间来详尽地测试所有内容。
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计算机擅长重复性任务，测试是理想的重复性任务。 自动化测试是编写测试另一个程序的程序的过程。 编写测试比手工测试有更多的工作，但是一旦你完成了它，你就会获得一种超能力：它只需要几秒钟就可以验证，你的程序在你编写为其测试的所有情况下都能正常运行。 当你破坏某些东西时，你会立即注意到，而不是在稍后的时间里随机地碰到它。
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测试通常采用小标签程序的形式来验证代码的某些方面。 例如，一组（标准的，可能已经由其他人测试过）`toUpperCase`方法的测试可能如下：
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```
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function test(label, body) {
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if (!body()) console.log(`Failed: ${label}`);
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}
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test("convert Latin text to uppercase", () => {
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return "hello".toUpperCase() == "HELLO";
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});
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test("convert Greek text to uppercase", () => {
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return "Χαίρετε".toUpperCase() == "ΧΑΊΡΕΤΕ";
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});
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test("don't convert case-less characters", () => {
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return "مرحبا".toUpperCase() == "مرحبا";
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});
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```
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像这样写测试往往会产生很多重复，笨拙的代码。 幸运的是，有些软件通过提供适合于表达测试的语言（以函数和方法的形式），并在测试失败时输出丰富的信息来帮助您构建和运行测试集合（测试套件，test suite）。 这些通常被称为测试运行器（test runner）。
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一些代码比其他代码更容易测试。 通常，代码与外部交互的对象越多，建立用于测试它的上下文就越困难。 上一章中显示的编程风格，使用自包含的持久值而不是更改对象，通常很容易测试。
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### 调试
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当程序的运行结果不符合预期或在运行过程中产生错误时，你就会注意到程序出现问题了，下一步就是要推断问题出在什么地方。
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有时错误很明显。错误消息会指出错误出现在程序的哪一行，只要稍加阅读错误描述及出错的那行代码，你一般就知道如何修正错误了。
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但不总是这样。 有时触发问题的行，只是第一个地方，它以无效方式使用其他地方产生的奇怪的值。 如果您在前几章中已经解决了练习，您可能已经遇到过这种情况。
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下面的示例代码尝试将一个整数转换成给定进制表示的字符串（十进制、二进制等），其原理是：不断循环取出最后一位数字，并将其除以基数（将最后一位数从数字中除去）。但该程序目前的输出表明程序中是存在bug的。
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```
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function numberToString(n, base = 10) {
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let result = "", sign = "";
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if (n < 0) {
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sign = "-";
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n = -n;
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}
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do {
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result = String(n % base) + result;
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n /= base;
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} while (n > 0);
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return sign + result;
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}
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console.log(numberToString(13, 10));
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// → 1.5e-3231.3e-3221.3e-3211.3e-3201.3e-3191.3e-3181.3…
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```
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你可能已经发现程序运行结果不对了，不过先暂时装作不知道。我们知道程序运行出了问题，试图找出其原因。
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这是一个地方，你必须抵制随机更改代码来查看它是否变得更好的冲动。 相反，要思考。 分析正在发生的事情，并提出为什么可能发生的理论。 然后，再做一些观察来检验这个理论 - 或者，如果你还没有理论，可以进一步观察来帮助你想出一个理论。
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有目的地在程序中使用console.log来查看程序当前的运行状态，是一种不错的获取额外信息的方法。在本例中，我们希望n的值依次变为13、1，然后是0。让我们先在循环起始处输出n的值。
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```
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13
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1.3
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0.13
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0.013
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…
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1.5e-323
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```
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没错。13除以10并不会产生整数。我们不应该使用n/=base，而应该使用n=Math.floor（n/base），使数字“右移”，这才是我们实际想要的结果。
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使用`console.log`来查看程序行为的替代方法，是使用浏览器的调试器（debugger）功能。 浏览器可以在代码的特定行上设置断点（breakpoint）。 当程序执行到带有断点的行时，它会暂停，并且您可以检查该点的绑定值。 我不会详细讨论，因为调试器在不同浏览器上有所不同，但请查看浏览器的开发人员工具或在 Web 上搜索来获取更多信息。
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设置断点的另一种方法，是在程序中包含一个`debugger`语句（仅由该关键字组成）。 如果您的浏览器的开发人员工具是激活的，则只要程序达到这个语句，程序就会暂停。
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### 错误传播
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不幸的是，程序员不可能避免所有问题。 如果您的程序以任何方式与外部世界进行通信，则可能会导致输入格式错误，工作负荷过重或网络故障。
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如果你只为自己编程，那么你就可以忽略这些问题直到它们发生。 但是如果你创建了一些将被其他人使用的东西，你通常希望程序比只是崩溃做得更好。 有时候，正确的做法是不择手段地继续运行。 在其他情况下，最好向用户报告出了什么问题然后放弃。 但无论在哪种情况下，该程序都必须积极采取措施来回应问题。
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假设你有一个函数`promptInteger`，要求用户输入一个整数并返回它。 如果用户输入“橙色”，它应该返回什么？
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一种办法是返回一个特殊值，通常会使用`null`，`undefined`或 -1。
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function promptNumber(question) {
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let result = Number(prompt(question, ""));
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if (Number.isNaN(result)) return null;
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else return result;
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}
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console.log(promptNumber("How many trees do you see?"));
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现在，调用`promptNumber`的任何代码都必须检查是否实际读取了数字，否则必须以某种方式恢复 - 也许再次询问或填充默认值。 或者它可能会再次向它的调用者返回一个特殊值，表示它未能完成所要求的操作。
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在很多情况下，当错误很常见并且调用者应该明确地考虑它们时，返回特殊值是表示错误的好方法。 但它确实有其不利之处。 首先，如果函数已经可能返回每一种可能的值呢？ 在这样的函数中，你必须做一些事情，比如将结果包装在一个对象中，以便能够区分成功与失败。
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```
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function lastElement(array) {
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if (array.length == 0) {
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return {failed: true};
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} else {
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return {element: array[array.length - 1]};
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}
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}
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```
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返回特殊值的第二个问题是它可能产生非常笨拙的代码。 如果一段代码调用`promptNumber` 10 次，则必须检查是否返回`null` 10 次。 如果它对`null`的回应是简单地返回`null`本身，函数的调用者将不得不去检查它，以此类推。
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### 异常
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当函数无法正常工作时，我们只希望停止当前任务，并立即跳转到负责处理问题的位置。这就是异常处理的功能。
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异常是一种当代码执行中遇到问题时，可以触发（或抛出）异常的机制，异常只是一个普通的值。触发异常类似于从函数中强制返回：异常不只跳出到当前函数中，还会跳出函数调用方，直到当前执行流初次调用函数的位置。这种方式被称为“堆栈展开（Unwinding the Stack）”。你可能还记得我们在第3章中介绍的函数调用栈，异常会减小堆栈的尺寸，并丢弃所有在缩减程序栈尺寸过程中遇到的函数调用上下文。
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如果异常总是会将堆栈尺寸缩减到栈底，那么异常也就毫无用处了。它只不过是换了一种方式来彻底破坏你的程序罢了。异常真正强大的地方在于你可以在堆栈上设置一个“障碍物”，当异常缩减堆栈到达这个位置时会被捕获。一旦发现异常，您可以使用它来解决问题，然后继续运行该程序。
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function promptDirection(question) {
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let result = prompt(question, "");
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if (result.toLowerCase() == "left") return "L";
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if (result.toLowerCase() == "right") return "R";
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throw new Error("Invalid direction: " + result);
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}
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function look() {
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if (promptDirection("Which way?") == "L") {
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return "a house";
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} else {
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return "two angry bears";
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}
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}
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try {
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console.log("You see", look());
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} catch (error) {
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console.log("Something went wrong: " + error);
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}
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```
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throw关键字用于触发异常。将throw语句填写在try块中，紧跟catch关键字，就可以捕获代码片段中的异常。当try块中的代码引发异常，程序就会执行catch块。catch关键字后的绑定名（在括号中）会绑定到异常值。如果在catch块结束或try块正常结束后，未引发任何问题，那么控制流将会跳转到try/catch语句下方。
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在本例中，我们使用Error构造函数来创建异常值。这是一个标准的JavaScript构造函数，用于创建一个对象，包含message属性。在现代JavaScript环境中，构造函数实例也会收集异常创建时的调用栈信息，即堆栈跟踪信息（Stack Trace）。该信息存储在stack属性中，对于调用问题有很大的帮助，我们可以从堆栈跟踪信息中得知问题发生的精确位置，即问题具体出现在哪个函数中，以及执行失败为止调用的其他函数链。
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需要注意的是现在look函数可以完全忽略promptDirection出错的可能性。这就是使用异常的优势：只有在错误触发且必须处理的位置才需要错误处理代码。其间的函数可以忽略异常处理。
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嗯，我们要讲解的理论知识差不多就这些了。
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### 8.7 异常后清理
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考虑下面一种情况：withContext函数执行过程中，会赋予全局绑定context一个特殊值。需要确保执行完成后将绑定还原为其原始值。
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var context = null;
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function withContext(newContext, body) {
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var oldContext = context;
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context = newContext;
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var result = body();
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context = oldContext;
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return result;
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}
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```
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如果body引发异常会出现什么状况呢？在这种情况下，withContext调用会因异常而丢弃堆栈，context值也无法得到还原。
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try语句还有另一项功能，它不仅可以附加catch语句块，还可以追加finally语句块。finally语句块的意思是：无论发生什么，执行完try块中的代码之后，这部分代码都必须执行。如果函数不得不完成一些清理任务，那么清理代码通常应该放置在finally块中。
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```
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function withContext(newContext, body) {
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var oldContext = context;
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context = newContext;
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try {
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return body();
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} finally {
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||
context = oldContext;
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}
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}
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```
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我们再也不需要将body结果（希望返回的值）存储在绑定中了。即使我们从try块直接返回，finally块也必然会执行。现在我们可以安全完成任务：
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```
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try {
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withContext(5, function() {
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if (context < 10)
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throw new Error("Not enough context!");
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});
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} catch (e) {
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console.log("Ignoring: " + e);
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}
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// → Ignoring: Error: Not enough context!
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console.log(context);
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// → null
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```
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即使withContext中的函数调用引发异常，witchContext自身依然可以正确清理context绑定。
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### 8.8 选择性捕获
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当程序出现异常且异常未被捕获时，异常就会直接回退到栈顶，并由JavaScript环境来处理。其处理方式会根据环境的不同而不同。在浏览器中，错误描述通常会写入JavaScript控制台中（可以使用浏览器工具或开发者菜单来访问控制台）。
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如果程序无法处理开发人员编写的错误或问题，我们可以让错误直接传递到环境中去。未处理的异常是一种很好的传递程序奔溃信息的方式，现代浏览器中的JavaScript控制台会在遇到问题时向开发者提供一些函数调用栈信息。
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但对于已知的程序运行错误来说，如果我们还去使用未处理异常的方式进行处理，这种方式就不大友好了。
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语言的非法使用方式，比如引用一个不存在的绑定在null中查询属性或调用的对象不是函数最终都会引发异常。你可以像自己的异常一样捕获这些异常。
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进入catch语句块时，我们只知道try体中引发了异常，但不知道引发了哪一类或哪一个异常。
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JavaScript（很明显的疏漏）并未对选择性捕获异常提供良好的支持，要不捕获所有异常，要不什么都不捕获。因此当你编写catch块时，你可以直接假定获得的异常就是你需要处理的那个异常。
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但实际情况可能并非如此。这么做可能会影响其他判断逻辑，或者会在新代码中引入一个bug。这里给出一个示例，尝试不断调用promptDirection直到获取到有效的输入为止。
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```
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for (;;) {
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try {
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var dir = promtDirection("Where?"); // ← typo!
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console.log("You chose ", dir);
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break;
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} catch (e) {
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||
console.log("Not a valid direction. Try again.");
|
||
}
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||
}
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```
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我们可以使用for（；；）循环体来创建一个无限循环，其自身永远不会停止运行。我们在用户给出有效的方向之后会跳出循环。但我们拼写错了promptDirection，因此会引发一个“未定义值”错误。由于catch块完全忽略了异常值，假定其知道问题所在，错将绑定错误信息当成错误输入。这样不仅会引发无限循环，而且会掩盖掉真正的错误消息——绑定名拼写错误。
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一般而言，只有将抛出的异常重定位到其他地方进行处理时，我们才会捕获所有异常。比如说通过网络传输通知其他系统当前应用程序的崩溃信息。即便如此，我们也要注意编写的代码是否会将错误信息掩盖起来。
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因此，我们转而会去捕获那些特殊类型的异常。我们可以在catch代码块中判断捕获到的异常是否就是我们期望处理的异常，如果不是则将其重新抛出。那么我们该如何辨别抛出异常的类型呢？
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我们当然可以拿抛出异常的message属性与我们期望的错误消息进行比对。但这种做法看起来不大可靠，因为我们编写的代码使用了供人类阅读的信息来进行逻辑判断。如果有人修改（或翻译）了消息中的内容，那么代码就无法正常运行了。
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我们不如定义一个新的错误类型，并使用instanceof来识别异常。
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```
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function InputError(message) {
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this.message = message;
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this.stack = (new Error()).stack;
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}
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InputError.prototype = Object.create(Error.prototype);
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InputError.prototype.name = "InputError";
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```
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该类型原型继承自Error.prototype，因此所以用instanceof Error来判断InputError类型会返回true。我们也赋予InputError对象一个name属性，因为标准错误类型（如Eroor、SytaxError、ReferenceError等）也有这么一个属性。
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我们对stack属性进行赋值，是希望通过该对象提供一些有用的堆栈轨迹信息。在支持堆栈轨迹的平台中，我们只需要创建一个普通的Error对象，并使用该对象的stack属性即可。
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现在promptDirection就可以抛出这种类型的错误了。
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```
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function promptDirection(question) {
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var result = prompt(question, "");
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||
if (result.toLowerCase() == "left") return "L";
|
||
if (result.toLowerCase() == "right") return "R";
|
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throw new InputError("Invalid direction: " + result);
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}
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```
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此时，循环体中的代码可以更加精确地捕获异常了。
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```
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for (;;) {
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try {
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var dir = promptDirection("Where?");
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console.log("You chose ", dir);
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||
break;
|
||
} catch (e) {
|
||
if (e instanceof InputError)
|
||
console.log("Not a valid direction. Try again.");
|
||
else
|
||
throw e;
|
||
}
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||
}
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```
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||
这里的catch代码只会捕获InputError类型的异常，而其他类型的异常则不会在这里进行处理。如果又输入了不正确的值，那么系统会向用户准确报告错误——“绑定未定义”。
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### 8.9 断言
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断言是检查开发人员逻辑错误的基本工具。来看一下这个工具函数assert。
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```
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function AssertionFailed(message) {
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this.message = message;
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}
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||
AssertionFailed.prototype = Object.create(Error.prototype);
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function assert(test, message) {
|
||
if (!test)
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throw new AssertionFailed(message);
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||
}
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function lastElement(array) {
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assert(array.length > 0, "empty array in lastElement");
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return array[array.length - 1];
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}
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```
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该函数的用法非常简单，我们只需填入期望的结果即可。如果其结果与我们填写的期望不符，程序就会中止运行。比如lastElement函数，该函数会获取数组中的最后一个元素，如果数组为空，而且我们没有在代码中添加断言，那么该函数会返回undefined。但是从一个空数组中获取最后一个元素的操作是无用功，所以这很有可能就是开发人员编写代码时造成的错误。
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断言能够确保错误发生时触发程序中止运行的操作，而不是让程序悄悄产生一个无意义的值，然后继续执行下去，直到系统出现其他莫名其妙的错误为止。
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### 8.10 本章小结
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错误和无效的输入十分常见。开发人员需要发现并修复程序中的bug。通过自动测试并在程序中添加断言，可以更轻松地发现程序中存在的隐患。
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我们常常需要使用优雅的方式来处理程序可控范围外的问题。如果问题可以就地解决，那么返回一个特殊的值来跟踪错误就是一个不错的解决方案。如果你不想用这种方式来跟踪错误，使用异常也行。
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抛出异常会引发堆栈展开，直到遇到下一个封闭的try/catch块，或堆栈底部为止。catch块捕获异常后，会将异常值赋予catch块，catch块中应该验证异常是否是实际希望处理的异常，然后进行处理。为了处理由于异常引起的不可预测的执行流，可以使用finally块来确保执行try块之后的代码。
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### 8.11 习题
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#### 8.11.1 重试
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假设有一个函数primitiveMultiply，在50%的情况下将两个数相乘，在另外50%的情况下会触发MultiplicatorUnitFailure类型的异常。编写一个函数，调用这个容易出错的函数，不断尝试直到调用成功并返回结果为止。
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确保只处理你期望的异常。
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```
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function MultiplicatorUnitFailure() {}
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function primitiveMultiply(a, b) {
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if (Math.random() < 0.5)
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return a * b;
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else
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throw new MultiplicatorUnitFailure();
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}
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function reliableMultiply(a, b) {
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// Your code here.
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}
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console.log(reliableMultiply(8, 8));
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// → 64
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```
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#### 8.11.2 上锁的箱子
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考虑以下这个编写好的对象：
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var box = {
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locked: true,
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unlock: function() { this.locked = false; },
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lock: function() { this.locked = true; },
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_content: [],
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get content() {
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if (this.locked) throw new Error("Locked!");
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return this._content;
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}
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};
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```
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这是一个带锁的箱子。其中存放了一个数组，但只有在箱子被解锁时，才可以访问数组。不允许直接访问_content属性。
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编写一个名为withBoxUnlocked的函数，接受一个函数类型的参数，其作用是解锁箱子，执行该函数，无论是正常返回还是抛出异常，在withBoxUnlocked函数返回前都必须锁上箱子。
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```
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function withBoxUnlocked(body) {
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// Your code here.
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}
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withBoxUnlocked(function() {
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box.content.push("gold piece");
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});
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try {
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withBoxUnlocked(function() {
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throw new Error("Pirates on the horizon! Abort!");
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});
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} catch (e) {
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console.log("Error raised:", e);
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}
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console.log(box.locked);
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// → true
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```
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