C语言的错误处理

为了开发强壮的程序，需要预见程序在执行时可能的错误，并对错误进行检测和处理以在错误发生时能够采取适当的行为。C语言提供了几个处理错误的函数库。

断言

C语言使用断言监控程序的行为，断言函数声明在中，原型为：

void assert(int expression);

assert函数是以宏的形式实现的。参数expression是一个在正常情况下应该为真的表达式。在执行assert函数时，会检测expression的值，如果结果为0（为假），则assert函数会向标准错误流输出断言失败的信息（包括断言函数的参数、调用断言函数的文件名和断言函数所在行号等信息），并调用abort函数终止程序。

assert由于引入了额外的检查，会增加程序的运行时间，有时这是难以接受的，因此可以在程序发布时禁止assert调用。只需要在包含前定义宏NDEBUG即可禁止assert调用。

由于assert函数可以被禁止调用，因此不要在assert函数中包含影响程序行为的内容。

/************************************** * using_assert.c * * * * C语言的错误检测机制：断言 * **************************************/

#include 
#include 

int main()
{
  int x;
  printf("请输入一个正整数：");
  scanf("%d", &x);

  assert(x > 0);

  printf("输入的数符合要求!\n");

  return 0;
}

错误码

标准库中的一些函数在运行时出现错误会向中的 errno变量声明一个错误码。 如果要根据errno判断这些函数是否发生了错误，在调用前需要先将errno清零。 errno中存储的值通常为两种，一种是EDOM，定义域错误，当传递给函数的某个参数的值不输入函数的定义域；第二个是ERANGE ，取值范围错误，当函数的返回值过大，超过了函数的返回值范围时发生。

中提供了两种函数来输出错误信息，其原型分别为：

    void perror(const char *s);
    char *strerror(int enum);

perror函数声明在中，它输出的信息的格式如下：

    s: 出错信息

依次输出参数字符串s，冒号，空格，根据errno确定的错误信息和换行符。

strerror在中声明，它根据errno中的错误码生成描述这种错误的字符串。

/************************************** * using_errno.c * * * * C语言中的错误码errno及相关函数的用 * * 法 * **************************************/

#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
  errno = 0;
  sqrt(-1);
  perror("开平方参数错误");

  puts(strerror(EDOM));
  puts(strerror(errno));

  return 0;
}

信号处理

C语言利用信号（signal)处理异常情况。信号有两种类型，程序运行时发生的错误或程序外部触发的事件。当有错误或外部事件发生时，就称产生了一个信号。大多数信号是异步的，可以在程序执行过程中的任何时刻发生，必须采用统一的方式处理它们。

信号宏

在中定义了一系列宏，用于表示不同的信号。

宏名	含义
SIGABRT	异常终止，可能由于调用abort引起
SIGFPE	在数学计算中发生错误引起（例如除0或溢出等）
SIGILL	非法指令
SIGINT	中断
SIGSEGV	非法存储访问
SIGTERM	终止请求

C语言的实现可以提供更多的信号宏，只要在宏的名字以SIG开头并全用大写字母组成。在不同的计算机系统上表中的信号并不全有意义。

信号处理函数

在中有一个signal函数，该函数的用处是为不同的信号安装信号处理函数，以便在信号发生的时候调用。其原型为：

    void (*signal(int sig, void (*func)(int)))(int);

signal的返回值是前一个信号处理函数的指针。

每个信号处理函数都必须有一个int类型的参数，当信号发生时，信号的代码以参数的信息传入信号处理函数。

除非信号是由abort函数或raise函数引起，否则在信号处理函数中不要使用任何库函数或者使用静态存储变量。

不同的信号在信号处理函数执行完成后有不同的结果，一种是返回原函数继续执行，一种是终止，一种是未定义。

C语言在中提供了预定义的处理函数，都是用宏表示的，分别是：

- `SIG_DFL`。以默认方式处理信号，`SIG_DFL`的结果是由实现定义的，大部分情况会导致程序终止。
-` SIG_IGN`。当信号发生时，忽略该信号。

还提供了另一个宏SIG_ERR，它用以在安装信号处理函数时是否发生错误的宏，如果安装失败，就会返回SIG_ERR的值，并在errno中写入一个正值。

为了避免递归，在调用处理函数时，程序在后台将该信号对应的信号处理函数重置为SIG_DFL，或者以其他方式封锁。

raise函数

除了信号在特定条件下自动产生外，也可以 使用raise函数触发信号 ，该函数在中声明，raise函数的原型为：

int raise(int sig);

返回值说明调用是否成功， 0表示成功，否则失败。

/************************************** * using_signal.c * * * * 使用C语言中的信号 * **************************************/

#include 
#include 

void Handler(int sig)
{
  printf("Handler called for signal %d\n", sig);
}

void RaiseSignal()
{
  raise(SIGILL);
}

int main()
{
  void (*orig_handler)(int);

  printf("Installing handler for signal %d\n", SIGILL);
  orig_handler = signal(SIGILL, Handler);
  RaiseSignal();

  printf("Change handler to SIG_IGN\n");
  signal(SIGILL, SIG_IGN);
  RaiseSignal();

  printf("Restoring original handler\n");
  signal(SIGILL, orig_handler);
  RaiseSignal();

  printf("Program terminates normally!\n");

  return 0;
}

非局部跳转

通常情况下，函数在执行完后会返回到调用它的地方继续执行，如果想要由函数直接跳转到另外一个函数， 则可以使用中提供的非局部跳转函数。goto只能跳转到同一函数内的标记处。

中主要的是setjmp和longjmp两个函数，setjmp宏标记程序中的一个位置，随后又longjmp跳转到这个位置。这一机制主要用以错误处理。这两个函数的原型为：

    int setjmp(jmpbuf env);
    void longjmp(jmp_buf env, int val);

setjmp宏调用的参数为jmp_buff类型，同样在中定义。setjmp将当前的环境（包括指向当前绘制的指针）保存到变量中以便在longjmp中调用，返回0.
使用longjmp宏回到setjmp宏标记的地方，调用的参数是与setjmp同一个jmp_buf变量，longjmp首先根据jmp_buf恢复环境，然后从setjmp中返回，返回的值就是val的值（如果val为0，则setjmp返回1）。val实际上是发生跳转的位置的标志，可以根据该值判断当前代码的执行是从哪个longjmp跳转过来的。

/************************************* * using_setjmp.c * * * * 使用C语言的非局部跳转函数，例子来 * * 源于C语言程序设计-现代方法 * *************************************/

#include 
#include 

static jmp_buf env;

void f1(void);
void f2(void);

int main()
{
  int ret;
  ret = setjmp(env);
  printf("setjmp returned %d\n", ret);
  if (ret != 0)
  {
    printf("Program terminates: longjmp called\n");
    return 0;
  }
  f1();
  printf("Program terminates normally\n");
  return 0;
}

void f1(void)
{
  printf("f1 begins\n");
  f2();
  printf("f2 returns");
}

void f2(void)
{
  printf("f2 begins\n");
  longjmp(env, 1);
  printf("f2 returns\n");
}

参考文献

1. K.N. King 著，吕秀峰 译. C语言程序设计-现代方法. 人民邮电出版社