C/C++学习笔记八（断言与异常处理）
断言
断言是什么？简单而言，断言是对某种假设条件进行检查。
C语言中，在assert.h中，断言被定义为宏的形式（assert(expression)），而不是函数。
assert将通过检查表达式的值来决定是否需要终止程序，如果表达式为真（1）则忽略断言，程序继续运行。如果表达式为假（0），那么首先向错误流strerr打印一条错误信息，然后通过abort函数终止程序的运行。
断言用法的简单例子：
int a,b;
a = 1;
b = 1 ;
assert(b!=0);
printf("a/b = %d\n",a/b);
通过查看assert.h，NDEBUG宏打开状态时assert宏是可用的。
默认情况下，assert宏只有在Debug版本才起作用，而在Release版本中将被忽略。但在许多操作系统的C程序中，Release版本中也将NDEBUG宏依然为打开状态。
也便是说如果需要用到断言时，用户可以通过重定义自己的ASSERT。例子如下:
#ifdef DEBUG
#define ASSERT(condition) \
do{ \
if(condition) \
{ \
NULL; \
} \
else{ \
assert(condition); \
} \
}while(0)
#else
#define ASSERT(condition) NULL
#endif避免使用断言去检查程序错误
在断言的使用中，应该遵循这样的一个规定：对来自系统内部的可靠数据使用断言，对于外部不可靠数据不能使用断言，而应该使用错误处理代码。
换句话而言，断言是用来处理不应该发生的非法情况，而对于可能发生的应该使用错误处理代码。
对于用户输入，与外部系统进行协议交互时的情况，也不能使用断言进行参数的判断，这种情况属于正常的错误检查。
下面的例子说明了断言的使用场景
char * Strdup(const char * src){
assert(src!=NULL);
char * result = NULL;
size_t len = strlen(src) +1;
result = (char *)malloc(len);
assert(result != NULL);
return result;
}例子中第一个断言assert(src!=NULL)用于判断传入的参数的正确性，保证参数不为NULL
第二个断言assert(result != NULL)检查函数返回值是否为NULL。
例子中的两个断言，第一个是合法的，而第二个不合法，第一个合法是因为传入的参数必须不为NULL，断言如果成功，则说明调用代码存在问题，这属于非法的情况，此处属于断言的正确使用情况。
第二个断言则不同，malloc对于返回NULL的情况属于调用正常情况，这应该使用正常的错误处理逻辑，不应该使用断言。
避免在断言表达式中使用改变上下文的语句
在assert宏只有在Debug版本中情况下，应该避免断言表达式中使用改变环境的语句。
如下例子因为断言语句的缘故，将导致不同的编译版本产生不同的结果。
int test(int i)
{
assert(i++);
return i;
}因此应该避免在断言表达式中使用改变上下文环境的语句，也就是确保断言仅仅作为一个检查而存在，不应该参与正常语句的处理。
异常处理
获取错误代码errno
error 是用于表达不同错误值的一个全局变量。如果一个系统调用或库函数调用失败，可以通过errno的值来确定问题所在。
因errno是一个全局变量，在调用不同系统调用或者库函数失败时都有可能修改它的值，因为在使用errno时，应先将其清0
errno = 0;
FILE *fp = fopen("test.txt", "r");
if (fp == NULL) {
if (errno!=0) {
printf("error : %d \n",errno);
printf("错误信息 : %s \n",strerror(errno));
}
}但errno并不是所有的库函数都适合使用，就error而言库函数一般分为如下几种。
1.函数返回值无法判断错误，需进一步从errno中获取错误信息
| 函数 | 返回值 | errno值 |
|---|---|---|
| fgetwc、fputwc | WEOF | EILSEQ |
| strtol、wcstol | LONG_MIN或LONG_MAX | ERANGE |
| strtoll、wcstoll | LLONG_MIN或LLONG_MAX | ERANGE |
| strtoul、wcstoul | ULONG_MAX | ERANGE |
| strtoull、wcstoull | ULLONG_MAX | ERANGE |
| strtoumax、wcstoumax | UINTLLONG_MAX | ERANGE |
| strtod、wcstod | 0或者+-HUGE_VAL | ERANGE |
| strtof、wcstof | 0或者+-HUGE_VALF | ERANGE |
| strtold、wcstold | 0或者+-HUGE_VALL | ERANGE |
| strtoimax、wcstoimax | IMAX_MIN或INTMAX_MAX | ERANGE |
以字符串转成长整型函数strtol为例，
在64位机器下，long长度为8字节，最大值LONG_MAX 为 0x7fffffffffffffff，当变量longStr 取超出长整型最大值的字符串”0xffffffffffffffff”和刚好等于最大值的字符串”0x7fffffffffffffff”时，函数的返回值都为相同的LONG_MAX。此时金聪返回值是无法判断函数的执行的成功与否。这个时要判断errno的值。如下例中，会打印出错误的信息。
errno =0;
//LONG_MAX的最大值为0x7fffffffffffffff
const char * longStr = "0xffffffffffffffff";
long ret = strtol(longStr,NULL,16);
if (ret == LONG_MAX) {
if (errno!=0) {
printf("error : %d \n",errno);
printf("错误信息 : %s \n",strerror(errno));
}else{
printf("等于long的最大值\n");
}
}2.函数返回值可知错误，errno可知更详细的错误
| 函数 | 返回值 | errno值 |
|---|---|---|
| ftell() | -1L | positive |
| fgetpos()、fsetpos() | nonzero | positive |
| mbrtowc()、mbsrtowcs() | (size_t)(-1) | EILSEQ |
| signal() | SIG_ERR | positive |
| wcrtomb()、wcsrtombs | (size_t)(-1) | EILSEQ |
| mbrtoc16()、mbrtoc32() | (size_t)(-1) | EILSEQ |
| c16rtomb()、cr21rtomb | (size_t)(-1) | EILSEQ |
3.有不同标准文档的库函数
有些函数在不同的标准下对errno有不同的定义，例如fopen中便是一个例子。C99并没有对使用fopen是对errno做要求，但POSIX.1却声明了错误时返回NULL，并将错误码写入errno。
避免使用goto语句
goto语句有很多优点，例如goto语句可以非常方便的在局部作用域中跳出多层循环，执行如无条件的跳转。
但正因为goto语句可以灵活的跳转，如果不加以限制它会破坏程序的结构化风格，使得代码难以理解与测试，同时不加限制的使用goto语句可能跳过变量的初始化、重要的计算等语句。
以下例子在a小于0或者a小于等于100时会使用goto跳转到标记为Error的语句中。
注意goto只能在局部作用域中跳转。
void testGoto(int a)
{
if (a>0) {
if (a>100) {
printf(" a = %d \n",a);
}else{
goto Error;
}
}else{
goto Error;
}
Error:
printf("Test Error a = %d \n",a);
}避免使用setjmp与longjmp
相比与goto语句只能在局部作用域中跳转，setjump与longjmp可以进行跨作用域跳转，也就是跨函数跳转。
我们知道函数调用都以函数栈的形式进行调用与退出，既然要做到跨函数跳转，那便需要对当前的函数栈进行保存与还原，而setjmp的作用便是保存当前函数栈至类型jmp_buf结构体变量中，而longjmp的作用便是从此结构体中恢复，还原函数栈。
而相对于goto仅在作用域内跳转，setjmp和longjmp则使代码更加的难以维护以及可读。
小结
- C语言中，使用函数的返回值来标志函数是否执行成功（默认成功返回1，失败返回0）当使用接口时，必须对函数进行正确性的验证，检查它的返回值，并且对每个错误的返回值进行相应的处理以及提示。
- 同样的道理，如果作为接口的开发方，需要对函数的各种情况反映到返回值中。
- 编写代码是，无论使用什么样的错误处理方式，发现程序中错误最好的方法便是执行程序，让数据在函数中流动，在判断逻辑中查找到函数出错的地方。