可嵌套的C语言异常处理机制
来源:互联网 发布:数据运营 编辑:程序博客网 时间:2024/06/05 06:11
原文:http://blog.csdn.net/maozefa/article/details/1965755
C是一门古老的、面向过程的语言,相对于它的运行高效率,其开发效率是较低的,所以长期以来,C就主要被定位在系统软件的开发上,特别是在现代各种可视化编程环境下,C的应用领域也越来越窄,虽然其原因有很多,但是,相对其它现代高级语言而言,其原始的异常处理功能不能不说是低效开发的主要原因之一,如果有一套较完善的异常功能,再配上一套好的常用功能库,应该能提高其开发效率。
在现代语言中,异常机制包括两个方面,即抛出异常和处理异常。在C语言程序中,异常类型一般都是靠函数的返回值和一些全局变量(如stdio.h的errno变量)来确定的,这大概算是“异常抛出”吧;处理异常最简单的办法就是终止程序,如使用exit、abort函数,虽然还有套较完备的异常处理函数setjmp和longjmp,但是,C的标准库、一般的应用库都没有应用它们,所以我们也只能在自己的开发部分有限地运用一下,而且,很多不太精通C的人,还没法把它们运用好。我在一些C语言书和网上看到了不少用setjmp和longjmp函数开发C异常机制的文章,有些构思还是很好的,但设计得很粗糙,没能达到推广应用的境界。
我也花了几天功夫研究了一番,利用setjmp和longjmp函数,仿造Delphi的异常机制搞了几个“宏”,虽还不那么完美,但已经初具雏形,在我有限的测试中,和Delphi的异常机制完全相似,当然,这里说的“相似”是我测试的较上层的内容,而Delphi的VCL从最低层的代码就与异常紧密结合在一起,异常机制已经是VCL的不可缺少的重要组成部分,这一点C++也没得比(当然内核用VCL的BCB又另当别论)。现将代码发布在这里,望朋友们多提建议来完善它,即使不能达到应用的目的,也可通过这种研究,加深对异常机制的理解。
* *
* except_c.h *
* *
* 定义C语言使用的异常类型、函数和宏 *
* *
* 湖北省公安县统计局:maozefa 2007.12 于辽宁大连 *
* *
*************************************************************************/
#ifndef __EXCEPT_C_H
#define __EXCEPT_C_H
#include <setjmp.h>
/* 定义全部异常类型,可按需要定义任何异常类型,供ON_EXCEPT宏使用 */
#define EXCEPT_ALL 0
/*************************************************************************
* *
* 定义异常宏: *
* *
* 1、Raise(type, msg):抛出type异常,msg为异常信息 *
* 2、RaiseMessage(msg):抛出异常,相当于Raise(EXCEPT_ALL, msg) *
* 3、ReRaise():重新抛出以前的异常 *
* *
* 4、异常响应。对可能出现的异常进行处理(无异常时,处理代码不执行): *
* *
* TRY *
* 正常代码 *
* ON_EXCEPT(type) *
* 可选项。处理type异常的代码,可在EXCEPT前连续使用 *
* EXCEPT *
* 可选项。所有异常处理代码,相当于ON_EXCEPT(EXCEPT_ALL) *
* END_TRY *
* *
* 5、异常保护。无论是否出现异常,均执行的保护性质代码,如资源释放: *
* *
* TRY *
* 正常代码 *
* FINALLY *
* 保护性质代码 *
* END_TRY *
* *
* 6、套异常可嵌套使用,但不能混用,如: *
* *
* TRY *
* 代码块1 *
* TRY *
* 代码块2 *
* FINALLY *
* 保护性质代码 *
* END_TRY *
* EXCEPT *
* 异常处理代码 *
* END_TRY *
* *
*************************************************************************/
#define TRY except_Set();
if (!except_SetNum(setjmp(*except_Buf())))
{
#define Raise(type, msg) except_Raise(type, msg, __FILE__, __LINE__)
#define RaiseMessage(msg) Raise(EXCEPT_ALL, msg)
#define ReRaise() except_ReRaise()
#define ON_EXCEPT(type)
}
else if (except_On(type))
{
#define EXCEPT ON_EXCEPT(EXCEPT_ALL)
#define FINALLY }
{
#define END_TRY }
except_end();
/* 异常结构 */
typedef struct __Exception
{
int type; /* 异常类型 */
char *message; /* 消息 */
char *soufile; /* 源文件 */
int lineNum; /* 产生异常的行号 */
}Exception;
// 获取当前异常消息
char* except_Message(void);
// 获取当前异常结构
Exception *except_Exception(void);
// 以下函数为内部使用
void except_Set(void);
void except_Raise(int type, const char *message, char *file, int line);
void except_ReRaise(void);
int except_On(int type);
void except_end(void);
jmp_buf* except_Buf(void);
int except_SetNum(int Num);
#endif /* __EXCEPT_C_H */
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "except_c.h"
#define MESSAGE_FORMAT "%s(%d): "
enum {evEnter, evRaise, evExcept = 2};
typedef struct __Exception_Event
{
struct __Exception_Event *prev;
jmp_buf eBuf;
int evNum;
Exception exception;
}Exception_Event;
static Exception_Event *except_ptr = NULL;
static char *except_msg;
static char except_msg_size = 0;
void except_Set(void)
{
Exception_Event *ev;
ev = (Exception_Event*)malloc(sizeof(Exception_Event));
ev->prev = except_ptr;
except_ptr = ev;
}
void except_Clear(void)
{
Exception_Event *ev;
if (except_ptr)
{
ev = except_ptr;
except_ptr = except_ptr->prev;
free(ev);
}
}
void except_Raise(int type, const char *message, char *file, int line)
{
int len = 0, size;
#ifndef NDEBUG
char buf[100];
sprintf(buf, MESSAGE_FORMAT, file, line);
len = strlen(buf);
#endif
size = strlen(message) + len + 1;
if (except_msg_size < size)
{
if (except_msg_size > 0)
free(except_msg);
except_msg_size = size;
except_msg = (char*)malloc(except_msg_size);
}
#ifndef NDEBUG
strcpy(except_msg, buf);
strcat(except_msg, message);
#else
strcpy(except_msg, message);
#endif
if (except_ptr)
{
except_ptr->exception.type = type;
except_ptr->exception.message = &except_msg[len];
except_ptr->exception.soufile = file;
except_ptr->exception.lineNum = line;
longjmp(except_ptr->eBuf, evRaise);
}
else
{
fprintf(stderr, except_msg);
abort();
}
}
void except_ReRaise(void)
{
Exception e;
if (except_ptr)
{
e = except_ptr->exception;
if (except_ptr->prev)
{
except_Clear();
except_ptr->exception = e;
longjmp(except_ptr->eBuf, evRaise);
}
else
{
fprintf(stderr, except_msg);
abort();
}
}
}
int except_On(int type)
{
if (except_ptr->evNum == evRaise &&
(type == EXCEPT_ALL || type == except_ptr->exception.type))
{
except_ptr->evNum = evExcept;
return 1;
}
return 0;
}
void except_end(void)
{
if (except_ptr->evNum == evRaise)
except_ReRaise();
except_Clear();
}
jmp_buf *except_Buf(void)
{
return &except_ptr->eBuf;
}
char *except_Message(void)
{
return except_msg;
}
Exception *except_Exception(void)
{
return &except_ptr->exception;
}
int except_SetNum(int Num)
{
except_ptr->evNum = Num;
return except_ptr->evNum;
}
有关异常的使用在except_c.h文件中已经说得很清楚了,不再阐述,后面再举例说明。下面简单说该异常机制的原理:
先说说不嵌套的情况,我们知道setjmp和longjmp必须配合使用,首先调用一次setjmp,用一个jmp_buf类型变量(假定a_buf)保存了当前现场,即计算机的各个寄存器状态,此时setjmp返回值为0,如果在程序代码某些地方用同一变量a_buf调用longjmp函数,那么,由a_buf保存的现场得以恢复,计算机将跳转到设置现场变量a_buf的setjmp函数前,导致该函数再次被调用,并返回由longjmp传递的值(依靠该值,我们得以区分约定的异常类型或者出处);如果在abuf被设置后,又调用setjmp设置了一个b_buf现场,显然,用该现场变量调用longjmp函数,只能恢复到b_buf设置的地方,这样就形成了互不干扰的嵌套异常,假如内层异常机制出现异常,得到处理后,上层异常机制不能捕获到错误,就跳出了这多层异常机制,相当于作了异常相应;如果内层异常机制出现异常,没能够得到适当处理,那么,只需将异常信息传递到上一层异常机制(重新抛出异常),并清除内层异常标志,如此嵌套循环,直到某个异常处理环节进行处理,或者作最后终止程序的处理。
在具体实现时,用一个向上的链表结构Exception_Event的静态变量except_ptr组成异常嵌套的基础,每次调用TRY宏,都重新设置链表尾,碰到END_TRY宏时,如果没有异常发生,或者异常发生后作了处理,那么,清除本层的Exception_Event数据,使链尾指向上一层,如果发生异常没作处理,或者处理后重新抛出异常,那么,END_TRY宏将异常信息向上层移交后,并清除本层数据,使链尾指向上一层。
上面说的是设置异常和处理异常的情况,再简单说说抛出异常Raise宏,Raise宏调用了except_Raise函数,函数中,如果Exception_Event结构的静态变量except_ptr不为NULL,也就是设置了异常机制后,将异常信息写到该变量中,否则,显示错误信息后,调用abort终止程序,所以,在自己写的库函数中,可以无顾虑的使用该宏作异常抛出,即使调用库函数的代码没用TRY,Raise也只相当于assert宏而已。
下面给一个演示例子:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "except_c.h"
#pragma hdrstop
//---------------------------------------------------------------------------
#define EXCEPT_FILE_IO -1
void FileCopy(char *Source, char *Dest)
{
FILE *fo, *fi;
int ch;
char s[256];
printf("打开源文件...");
if ((fi = fopen(Source, "rb")) == NULL)
Raise(EXCEPT_FILE_IO, "源文件未找到");
TRY
printf("建立目标文件...");
if ((fo = fopen(Dest, "wb")) == NULL)
Raise(EXCEPT_FILE_IO, "建立目标文件失败");
TRY
printf("开始拷贝文件...");
// RaiseMessage("拷贝文件错误 ");
while (1)
{
ch = fgetc(fi);
if (ch == EOF && ferror(fi))
Raise(EXCEPT_FILE_IO, "读文件错误");
if (feof(fi))
break;
if (fputc(ch, fo) == EOF && ferror(fo))
Raise(EXCEPT_FILE_IO, "写文件错误");
}
FINALLY
printf("关闭目标文件...");
fclose(fo);
END_TRY
FINALLY
printf("关闭源文件...");
fclose(fi);
END_TRY
}
#pragma argsused
int main(int argc, char* argv[])
{
TRY
if (argc < 3)
{
printf("程序功能:拷贝文件格式:%s 源文件 目标文件", argv[0]);
RaiseMessage("程序参数错误!");
}
FileCopy(argv[1], argv[2]);
ON_EXCEPT(EXCEPT_FILE_IO)
fprintf(stderr, "处理文件类型错误:% s", except_Message());
EXCEPT
fprintf(stderr, "处理全部错误:% s", except_Message());
END_TRY
system("pause");
return 0;
}
//---------------------------------------------------------------------------
下面,我们一步步来测试该例子(为了显示结果,FileCopy函数中每个步骤都作了显示):
1、该控制台例子程序要求带参数运行,实现文件拷贝。在主函数中,有个TRY结构,首先检查程序参数个数,如果小于3,抛出异常,该异常会被下面的EXCEPT宏捕获处理,显示信息为:
处理全部错误:ExceptMain(55):程序参数错误!
2、给定正确的源文件和目标文件,上面的异常不存在了,主函数调用FileCopy函数,此时运行正常,结果为:
3、修改源文件为错误的路径,FileCopy函数中产生异常,这个异常是在TRY之前抛出的,所以直接被主函数中异常结构中ON_EXCEPT(EXCEPT_FILE_IO)捕获,运行结果为:
4、改回正确的源文件路径,把已经形成的目标文件改为只读属性,这时产生异常如下显示,表示目标文件不能建立,这时已经打开的源文件应该关闭,因此导致源文件关闭的FINALLY宏正确执行了,异常被主函数的TRY结构捕获:
5、取消目标文件只读属性,将例子代码中FileCopy函数中被注释的语句RaiseMessage("拷贝文件错误/n");打开,以模拟产生拷贝过程错误,此时产生异常后,应同时关闭源文件和目标文件,结果,2个FINALLY都正确执行,异常被主函数的TRY结构捕获:
至此,该例子全部测试完毕。该例子实际有3层TRY嵌套,FileCopy函数中是2层TRY...FINALLY异常结构,主函数则是TRY...EXCEPT结构,从测试结果看,完全达到了目的,用Delphi类似的例子运行结果完全一样!
前面已经说了,该异常机制处理自己写的代码应该问题不大,但是对于标准库的错误能捕获吗?我想,有些硬件异常应该是能捕获的,如浮点数错误,下面用个例子演示:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "except_c.h"
#include <signal.h>
#include <float.h>
#pragma hdrstop
//---------------------------------------------------------------------------
void FPE_Handler(int sig, int num)
{
char err[][32] =
{
"Interrupt on overflow",
"Integer divide by zero",
"",
"invalid operation",
"",
"divide by zero",
"arithmetic overflow",
"arithmetic underflow",
"precision loss",
"stack overflow",
};
_fpreset();
if (num >= FPE_INTOVFLOW && num <= FPE_STACKFAULT)
Raise(num, err[num - FPE_INTOVFLOW]);
else
Raise(num, "Other floating point error");
}
#pragma argsused
int main(int argc, char* argv[])
{
float n = 0;
TRY
if (signal(SIGFPE, FPE_Handler) == SIG_ERR)
RaiseMessage("Couldn't set SIGFPE");
n = 2 / n;
ON_EXCEPT(FPE_ZERODIVIDE)
fprintf(stderr, "处理浮点数被零除错误:% s", except_Message());
EXCEPT
fprintf(stderr, "处理全部错误:% s", except_Message());
END_TRY
system("pause");
return 0;
}
//---------------------------------------------------------------------------
该例子安装了一个浮点数错误处理过程FPE_Handler,并在过程中使用了Raise抛出异常;主函数中,我们人为的制造了一个浮点数被零除的的错误n = 2 / n(n = 0.0),FPE_Handler函数用Raise抛出了该异常,异常被主函数内TRY结构的ON_EXCEPT(FPE_ZERODIVIDE)捕获并处理,显示为“divide by zero“错误;如果把float改为int,则错误类型不再是FPE_ZERODIVIDE,所以,异常被EXCEPT捕获,显示为“Integer divide by zero”错误;如果不用TRY机制,则程序会立即终止,从而失去处理机会。
本文的异常机制作为一种探讨和学习,无论从构思、设计和代码都不可避免的存在问题,要实用还需要大家的建议,如异常结构类型能否灵活一点;异常抛出时,消息可否提供格式化;其他标准异常怎样捕获和规范定义等,都是需要解决的问题。
本文例子使用BCB2007编译,如有错误和建议请来信:maozefa@hotmail.com
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