24 错误处理

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C语言的弱项：错误的检测和处理并不是c语言的强项

  • C语言对运行时错误以多种形式表示，而没有提供一种统一的方式
  • 程序员必须将检测错误的代码编写在程序代码中，因此很容易忽略一些错误

扩展：C++语言对C语言的这一弱点进行了改进，提供了一种新的错误错误的方式－异常处理（exception handling）。

24.1 assert.h：诊断

assert宏（函数）

断言：一个我们认为在正常情况下一顶为真的表达式。
错误信息：标准C要求在显示的消息中指明以下内容

  • 传递给assert函数的参数
  • 包括assert调用的文件名
  • assert调用所在的行号

说明：检查断言，如果值不为0，会向stderr输出一条信息，并调用abort函数终止程序。
技巧：因为引入了额外的检查，因此会增加程序的运行时间。可以在测试没问题后通过NDEBUG（宏）进制assert调用。
注意：因为assert可能会被禁用，因此不要在assert调用中使用有副作用的表达式。
原型assert.h

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/**
* @param {int} expresstion 断言
*/
void assert(int expression);
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a[i];
assert(0 <= i && i < N);// 保证下标不回溢出
a [i] = 0;

禁止assert调用

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#define NDEBUG// 值不重要，定义了就行
#include <assert.h>

24.2 errno.h：错误

说明：除了EDOM和ERANGE,还定义了其他宏，这是合法的，但命名要遵循C标准，即E数组或大写字母

errno宏

描述：如果确实是宏，C语言标准要求它表示左值4.2.2，以便和变量一样使用。
说明：如果确实是宏，C语言标准要求它表示左值4.2.2，以便和普通变量一样使用。
用途：函数被调用后会会为errno赋值，如果errno不为0，代表函数调用过程中有错误发生。
应用：大部分使用errno变量的函数集中在math.h，也有一些在标准库的其他部分。
相关宏：EDOM和ERANGE,errno中存储的值通常是这两个宏

宏（errno的值） 错误类型 说明
EDOM 定义域错误 传递给函数的一个参数不属于函数的定义域
ERANGE 取值范围错误 函数的返回值太大，无法用double 
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errno = 0;

// 调用库函数
y = sqrt(x);

if (errno != 0) {
	fprintf(stderr, "sqrt")
}

perror函数

描述：向stderr输出一条错误信息。
错误信息：sqrt error: Math argument（定义域错误）

perror的参数 分号 空格 出错消息 换行符
sqrt error : Math argument

原型：stdio.h

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/**
* @param {char *} s 错误描述
*/
void perror(const char *s);
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errno = 0;

// 调用sqrt
y = sqrt(x);

// 检测运行状况
if (errno != 0) {
	perror("sqrt error");
	exit(EXIT_FAILURE);
}

strerror函数

描述：根据错误类型行值返回指向错误字符串的指针。
原型：string.h

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/**
* @param {int} errnum 错误类型值
* @return {char *} 对应的错误字符串 
*/
char *strerror(int errnum);

24.3 signal.h：信号处理

信号（signal）：处理异常情况的工具

  • 运行时错误

    例如：除以0

  • 程序以外导致的事件

    例如：许多操作系统都允许用户终端或终止运行的程序

异步的：它们可以在程序执行过程中的任意时刻发生，而不仅是在程序员所知道的特定时刻发生

24.3.1 信号宏

兼容性：C标准不要求下面列表中的信号都会发生，大多数C语言的实现都至少支持其中一部分。

宏名 含义
SIGABRT 异常终止（可能由于调用abort导致）
SIGFPE 在数学运算中发生错误（可能是除以0或溢出）
SIGILL 非法指令
SIGINT 中断
SIGSEGV 非法存储访问
SIGTERM 终止请求

24.3.2 signal函数

描述：为指定信号注册指定处理函数。
相关宏：SIG_ERR

说明：当注册失败时会返回该值
用途：检测注册处理函数是否成功

特点

多对一：信号与处理函数是多对一的关系

  • 可以对多种信号绑定同一个处理函数，处理函数可以根据传入的参数（信号类型）决定进行哪种操作
  • 也可以对同一个信号注册多个处理程序，但前面注册的会被后面注册的处理函数覆盖。

同步性：发出信号的行为是异步的，但处理函数处理的过程是同步的。也就是说，注册了处理函数的信号出现后，程序会暂停并执行信号处理函数，返回后暂停的程序从信号发生点恢复并继续执行。

信号 处理函数返回后程序行为
SIGABRT 终止
SIGFPE 处理函数返回后的程序行为未定义
其它 暂停的程序从信号发生点恢复并继续执行

一次性：信号处理完之后，除非处理函数被重新注册，否则该信号不回被同一个函数处理两遍。
无限递归问题：如果信号是由处理这个信号的函数引发的，如果没有其它机制将会发生无限递归。所以，C语言要求，除了SIGTLL，当一个信号的处理函数被调用时，该信号对应的处理函数要么要被重置为SIG_DFL或以其它方式加以封锁。

限制：处理函数和普通函数相比多了一些限制

可以 不可以
可以忽略该信号 自由调用库函数
执行一些错误修复 访问静态存储期限的变量
终止程序
可以调用signal，只要第一个参数为正被处理的信号
调用库函数，只要信号处理函数是由raise或abort调用的

原型：signal.h

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/**
* @param {int} sig 信号类型
* @param {func *} func 处理函数
* @return {func *} 指向注册过同样信号的上一个处理函数的指针：成功；SIG_ERR：注册失败（同时会在errno中存储一个正值）
*/
void *(*signal)(int sig, void (*func)(int));// 书上写法是：void (*signal(int sig, void (*func)(int)))(int);
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// 声明函数指针
void (*orig_handler)(int);

// 为中断注册处理函数，并将之前的处理函数存储下来
orig_handler = signal(SIGINT, handler);

if (orig_handler == SIG_ERR) {
	// 注册处理函数失败
}

// 换成原来的处理函数
signal(SIGINT, SIG_DFL);

24.3.3 预定义的信号处理函数

说明：出了编写我们自己的信号处理函数，我们还可以选择使用signal.h提供的预定义的处理函数。
预定义的信号处理函数命名规则：

SIG_大写字母

SIG_DFL宏（函数）

说明：按“默认”的方式处理
描述：行为由实现定义，大多数情况下会导致程序终止。
原型：signal.h

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/**
* @param {int} signal 信号类型
*/
void SIG_DFL(int signal);
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signal(SIGINT, SIG_IGN); // 使用默认行为响应“中断”信号

SIG_IGN宏（函数）

描述：什么都不做，忽略信号
原型：signal.h

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/**
* @param {int} signal 信号类型
*/
void SIG_IGN(int signal);

24.3.4 raise函数

说明：触发信号
原型：signal.h

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/**
* @param {int} sig 信号类型
* @return {int} 0：成功；非0：失败
*/
int raise(int sig);
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// 触发SIGABORT
raise(SIGABOUT);

24.3.5 程序：测试信号

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/**
 * Tests signals
 */

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>

void handler(int sig);
void raise_sig(void);

int main () {
	// 声明函数指针
	void (*orig_handler)(int);

	/*1. 第一次实验*/
	// 注册处理函数
	printf("---first--- %d\n", SIGILL);
	signal(SIGILL, handler);
	// 触发信号
	raise_sig();

	/*2. 第二次实验*/
	// 再次注册,忽略相应信号
	printf("---second---\n");
	orig_handler = signal(SIGILL, SIG_IGN);
	raise_sig();

	/*3. 第三次实验*/
	printf("---third---\n");
	// 更改为第一次实验使用的处理函数
	signal(SIGILL, orig_handler);
	raise_sig();
	return 0;
}

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

void raise_sig (void) {
	raise(SIGILL);
}
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$ ./tsignal
 ---first--- 4
 Handler called for signal 4
 ---second---
 ---third---
 Handler called for signal 4

24.4 setjmp.h：非局部跳转

说明：通常情况下，函数调用后会回到它被调用的位置。但setjmp.h提供了使一个函数直接跳转到另一个函数（而且不需要返回）的方式。
goto：只能配合标记实现局部跳转，也就是在同一个函数内部跳转。

setjmp宏（函数）

描述：标记程序中的一个“位置”
应用：生成标记位置，稍后提供给longjmp函数
限制：按照标准C，只有两种使用setjmp的方式是合法的(否则不具备可移植性)

  • 作为表达式语句（可能会前置转换成void）
  • 作为if、switch、while、do、for语句中控制表达式的一部分(constexp：计算结果为整数的常量表达式；op：关系或判等运算符)
  1. setjmp(…)
  2. !setjmp(…)
  3. constexp op constexp
  4. setjmp(…) op constexp

原型：setjmp.h

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/**
* @param {jmp_buf} env 用来保存生成的被调用时所处的“位置”(数组)
* @return {int} 0：第一次调用时返回；非0：longjmp将控制权重新转给最初的setjmp宏调用，后者这次的返回值非零
*/
int setjmp(jmp_buf env);

longjmp函数

描述：首先根据参数env的值恢复当前环境，然后从setjmp宏调用中返回
注意：一定要确保参数env已经被setjmp宏初始化了，否则程序可能会崩溃。
应用：可以由多种潜在的用途，但主要被用于错误处理。
原型：setjmp.h

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/**
* @param {jmp_buf} env
* @param {int} val
*/
void longjmp(jmp_buf env, int val);

程序：测试setjmp和longjmp

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/**
 * Tests setjmp/longjmp
 */

#include <setjmp.h>
#include <stdio.h>

/**
 * @type {jmp_buf} env 存储位置数据的全局变量
 */
static jmp_buf env;

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

int main () {
	int ret;
	// 获得存储位置
	ret = setjmp(env);
	printf("setjmp returned %d\n", ret);

	// 第二次执行到这里的时候值不为0
	if (ret != 0) {
		printf("Program terminates: longjmp called\n");
		return 0;
	}

	f1();

	// 下面这句不会执行
	printf("Program terminates normally\n");
	return 0;
}

void f1 (void) {
	printf("f1 begins\n");
	f2();
	printf("f1 returns\n");
}
void f2 (void) {
	printf("f2 begins\n");
	// 按照env的值跳转到指定的环境
	longjmp(env, 1);
	printf("f2 returns\n");
}
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$ ./tsetjmp               
 setjmp returned 0
 f1 begins
 f2 begins
 setjmp returned 1
 Program terminates: longjmp called