C语言中的异常处理

一 前言：

异常处理，对于做面向对象开发的开发者来说是再熟悉不过了，例如在C#中有

try

{

     ...

}

catch( Exception e){...}

finally{

.....

}

在C++中，我们常常会使用

try{}

...

catch(){}

块来进行异常处理。

说了那么多，那么到底什么是异常处理呢？

异常处理（又称为错误处理）功能提供了处理程序运行时出现的任何意外或异常情况的方法。

异常处理一般有两种模型，一种是"终止模型"，一种是"恢复模型"

"终止模型":在这种模型中,将假设错误非常关键,将以致于程序无法返回到异常发生的地方继续执行.一旦异常被抛出,就表明错误已无法挽回,也不能回来继续执行.

"恢复模型":异常处理程序的工作是修正错误,然后重新尝试调动出问题的方法,并认为的二次能成功. 对于恢复模型,通常希望异常被处理之后能继续执行程序.在这种情况下,抛出异常更像是对方法的调用--可以在Java里用这种方法进行配置,以得到类似恢复的行为.(也就是说,不是抛出异常,而是调用方法修正错误.)或者,把try块放在while循环里,这样就可以不断的进入try块,直到得到满意的结果. 

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二 面向对象中的异常处理

大致了解了什么是异常处理后，由于异常处理在面向对象语言中使用的比较普遍，我们就先以C++为例，做一个关于异常处理的简单例子：

问题：求两个数相除的结果。

这里，隐藏这一个错误，那就是当除数为0时，会出现，所以，我们得使用异常处理来捕捉这个异常，并抛出异常信息。

具体看代码：

 

 1 #include <iostream>
 2 #include <exception>
 3 using namespace std;
 4 class DivideError:public exception
 5 {
 6  public:
 7           DivideError::DivideError():exception(){} 
 8          const char* what(){
 9             return "试图去除一个值为0的数字";
10         }
11 
12 };
13 double quotion(int numerator,int denominator)
14 {
15     if(0==denominator)          //当除数为0时，抛出异常 
16     throw DivideError();
17     return static_cast<double>(numerator)/denominator;    
18 }
19 int main()
20 {
21     int number1;             //第一个数字
22     int number2;             //第二个数字
23     double result;
24     cout<<"请输入两个数字：" ;
25     while(cin>>number1>>number2){
26         try{
27             result=quotion(number1,number2);
28             cout<<"结果是 :"<<result<<endl;
29             
30         }     //end try
31         catch(DivideError &divException){
32             cout<<"产生异常:"
33                 <<divException.what()<<endl;
34         }
35     }
36     
37 }
38 

 

 

在这个例子中，我们使用了<expection>头文件中的exception类，并使DivideError类继承了它，同时重载了虚方法what()，以给出特定的异常信息。

而C#中的异常处理类则封装的更有全面，里面封装了常用的异常处理信息，这里就不多说了。

 

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三 C语言中的异常处理

 在C语言中异常处理一般有这么几种方式：

1.使用标准C库提供了abort()和exit()两个函数，它们可以强行终止程序的运行，其声明处于<stdlib.h>头文件中。

2.使用assert(断言)宏调用，位于头文件<assert.h>中，当程序出错时，就会引发一个abort（）。

3.使用errno全局变量，由C运行时库函数提供，位于头文件<errno.h>中。

4.使用goto语句，当出错时跳转。

5.使用setjmp,longjmp进行异常处理。

接下来，我们就依次对这几种方式来看看到底是怎么做的：

我们仍旧以前面处理除数为0的异常为例子。

1.使用exit()函数进行异常终止：

 

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <stdlib.h>
 3 double diva(double num1,double num2)         //两数相除函数 
 4 {
 5     double re;
 6     re=num1/num2;
 7     return re;
 8 }
 9 int main()
10 {
11    double a,b,result;
12  printf("请输入第一个数字：");
13   scanf("%lf",&a);
14   printf("请输入第二个数字：");
15   scanf("%lf",&b);
16   if(0==b)                                //如果除数为0终止程序 
17   exit(EXIT_FAILURE);
18 result=diva(a,b);
19    printf("相除的结果是: %.2lf\n",result);    
20 return 0;
21 }

其中exit的定义如下：

_CRTIMP void __cdecl __MINGW_NOTHROW exit (int) __MINGW_ATTRIB_NORETURN;

exit的函数原型：void exit(int)由此，我们也可以知道EXIT_FAILURE宏应该是一个整数，exit（）函数的传递参数是两个宏，一个是刚才看到的EXIT_FAILURE，还有一个是EXIT_SUCCESS从字面就可以看出一个是出错后强制终止程序，而一个是程序正常结束。他们的定义是：

#define EXIT_SUCCESS 0
#define EXIT_FAILURE 1

到此，当出现异常的时候，程序是终止了，但是我们并没有捕获到异常信息，要捕获异常信息，我们可以使用注册终止函数atexit(),它的原型是这样的：int atexit(atexit_t func);

具体看如下程序：

 

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <stdlib.h>
 3 void Exception(void)                           //注册终止函数，通过挂接到此函数，捕获异常信息 
 4 {
 5     printf("试图去除以一个为0的数字，出现异常！\n");
 6 }
 7 int main()
 8 { 
 9    double a,b,result;
10   printf("请输入第一个数字：");
11   scanf("%lf",&a);
12   printf("请输入第二个数字：");
13   scanf("%lf",&b);
14   if(0==b)                    //如果除数为0终止程序 ,并挂接到模拟异常捕获的注册函数
15   {
16       
17   atexit(Exception);                          
18   exit(EXIT_FAILURE);
19   } 
20    result=diva(a,b);
21    printf("相除的结果是: %.2lf\n",result);    
22 return 0;
23 }

这里需要注意的是，atexit（）函数总是被执行的，就算没有exit（）函数，当程序结束时也会被执行。并且，可以挂接多个注册函数，按照堆栈结构进行执行。abort（）函数与exit（）函数类似，当出错时，能使得程序正常退出，这里就不多说了。

2.使用assert()进行异常处理：

assert()是一个调试程序时经常使用的宏，切记，它不是一个函数，在程序运行时它计算括号内的表达式，如果表达式为FALSE  (0),  程序将报告错误，并终止执行。如果表达式不为0，则继续执行后面的语句。这个宏通常原来判断程序中是否出现了明显非法的数据，如果出现了终止程序以免导致严重后果，同时也便于查找错误。   
另外需要注意的是：assert只有在Debug版本中才有效，如果编译为Release版本则被忽略。

我们就前面的问题，使用assert断言进行异常终止操作：构造可能出现出错的断言表达式：assert（number！=0）这样，当除数为0的时候，表达式就为false，程序报告错误，并终止执行。

代码如下：

 

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
double diva(double num1,double num2)         //两数相除函数 
{
    double re;
    re=num1/num2;
    return re;
}
int main()
{
  printf("请输入第一个数字：");
  scanf("%lf",&a);
  printf("请输入第二个数字：");
  scanf("%lf",&b);
  assert(0!=b);                                //构造断言表达式，捕获预期异常错误
   result=diva(a,b);
   printf("相除的结果是: %.2lf\n",result);    
   return 0;
}

3.使用errno全局变量，进行异常处理：

errno全局变量主要在调式中，当系统API函数发生异常的时候，将errno变量赋予一个整数值，根据查看这个值来推测出错的原因。

其中的各个整数值都有一个相应的宏定义，表示不同的异常原因：

 

#define EPERM        1    /* Operation not permitted */
#define    ENOFILE        2    /* No such file or directory */
#define    ENOENT        2
#define    ESRCH        3    /* No such process */
#define    EINTR        4    /* Interrupted function call */
#define    EIO        5    /* Input/output error */
#define    ENXIO        6    /* No such device or address */
#define    E2BIG        7    /* Arg list too long */
#define    ENOEXEC        8    /* Exec format error */
#define    EBADF        9    /* Bad file descriptor */
#define    ECHILD        10    /* No child processes */
#define    EAGAIN        11    /* Resource temporarily unavailable */
#define    ENOMEM        12    /* Not enough space */
#define    EACCES        13    /* Permission denied */
#define    EFAULT        14    /* Bad address */
/* 15 - Unknown Error */
#define    EBUSY        16    /* strerror reports "Resource device" */
#define    EEXIST        17    /* File exists */
#define    EXDEV        18    /* Improper link (cross-device link?) */
#define    ENODEV        19    /* No such device */
#define    ENOTDIR        20    /* Not a directory */
#define    EISDIR        21    /* Is a directory */
#define    EINVAL        22    /* Invalid argument */
#define    ENFILE        23    /* Too many open files in system */
#define    EMFILE        24    /* Too many open files */
#define    ENOTTY        25    /* Inappropriate I/O control operation */
/* 26 - Unknown Error */
#define    EFBIG        27    /* File too large */
#define    ENOSPC        28    /* No space left on device */
#define    ESPIPE        29    /* Invalid seek (seek on a pipe?) */
#define    EROFS        30    /* Read-only file system */
#define    EMLINK        31    /* Too many links */
#define    EPIPE        32    /* Broken pipe */
#define    EDOM        33    /* Domain error (math functions) */
#define    ERANGE        34    /* Result too large (possibly too small) */
/* 35 - Unknown Error */
#define    EDEADLOCK    36    /* Resource deadlock avoided (non-Cyg) */
#define    EDEADLK        36
/* 37 - Unknown Error */
#define    ENAMETOOLONG    38    /* Filename too long (91 in Cyg?) */
#define    ENOLCK        39    /* No locks available (46 in Cyg?) */
#define    ENOSYS        40    /* Function not implemented (88 in Cyg?) */
#define    ENOTEMPTY    41    /* Directory not empty (90 in Cyg?) */
#define    EILSEQ        42    /* Illegal byte sequence */

这里我们就不以前面的除数为0的例子来进行异常处理了，因为我不知道如何定义自己特定错误的errno，如果哪位知道，希望能给出方法。我以一个网上的例子来说明它的使用方法：

 

#include <errno.h>  
#include <math.h>  
#include <stdio.h>  
int main(void)  
{  
errno = 0;  
if (NULL == fopen("d:\\1.txt", "rb"))  
{  
printf("%d", errno);  
}  
else  
{  
 printf("%d", errno);  
}  
return 0;  }   

这里试图打开一个d盘的文件，如果文件不存在，这是查看errno的值，结果是2、

当文件存在时，errno的值为初始值0。然后查看值为2的错误信息，在宏定义那边#define    ENOFILE        2    /* No such file or directory */
便知道错误的原因了。

4.使用goto语句进行异常处理：

goto语句相信大家都很熟悉，是一个跳转语句，我们还是以除数为0的例子，来构造一个异常处理的例子：

 

#include <stdio.h>
double diva(double num1,double num2)         //两数相除函数 
{
    double re;
    re=num1/num2;
    return re;
}
int main()
{
  int tag=0;
  double a,b,result;
  if(1==tag)
  {
      Throw:
    printf("除数为0，出现异常\n");
  }
   tag=1;
  printf("请输入第一个数字：");
  scanf("%lf",&a);
  printf("请输入第二个数字：");
  scanf("%lf",&b);
if(b==0)                                   //捕获异常（或许这么说并不恰当，暂且这么理解）
  goto Throw;                                //抛出异常 
  result=diva(a,b);
   printf("%d\n",errno);
   printf("相除的结果是: %.2lf\n",result);    

return 0;
}

5.使用setjmp和longjmp进行异常捕获与处理：

setjmp和longjmp是非局部跳转，类似goto跳转作用，但是goto语句具有局限性，只能在局部进行跳转，当需要跳转到非一个函数内的地方时就需要用到setjmp和longjmp。setjmp函数用于保存程序的运行时的堆栈环境，接下来的其它地方，你可以通过调用longjmp函数来恢复先前被保存的程序堆栈环境。异常处理基本方法：

使用setjmp设置一个跳转点，然后在程序其他地方调用longjmp跳转到该点（抛出异常).

代码如下所示：

 

#include <stdio.h>
#include <setjmp.h>
jmp_buf j;
void Exception(void)
{
   longjmp(j,1);
}
 double diva(double num1,double num2)         //两数相除函数
 {
    double re;
     re=num1/num2;
    return re;
}
 int main()
{
    double a,b,result;

    
   printf("请输入第一个数字：");
   scanf("%lf",&a);
   printf("请输入第二个数字：");
  if(setjmp(j)==0)
  {
   scanf("%lf",&b);
   if(0==b)
   Exception();
 result=diva(a,b);
    printf("相除的结果是: %.2lf\n",result);
  }
  else
  printf("试图除以一个为0的数字\n");
 return 0;
}

 

 

四 总结：

 

除了以上几种方法之外，另外还有使用信号量等等方法进行异常处理。当然在实际开发中每个人都有各种调式的技巧，而且这文章并不是说明异常处理一定要这样做，这只是对一般做法的一些总结，也不要乱使用异常处理，如果弄的不好就严重影响了程序的效率和结构，就像设计模式一样，不能胡乱使用。