C語言中的異常處理

一 前言：

異常處理，對於做物件導向開發的開發人員來說是再熟悉不過了，例如在C#中有

try

{

     ...

}

catch( Exception e){...}

finally{

.....

}

在C++中，我們常常會使用

try{}

...

catch(){}

塊來進行異常處理。

說了那麼多，那麼到底什麼是異常處理呢。

異常處理（又稱為錯誤處理）功能提供了處理常式運行時出現的任何意外或異常情況的方法。

異常處理一般有兩種模型，一種是"終止模型"，一種是"恢複模型"

"終止模型":在這種模型中,將假設錯誤非常關鍵,將以致於程式無法返回到異常發生的地方繼續執行.一旦異常被拋出,就表明錯誤已無法挽回,也不能回來繼續執行.

"恢複模型":例外處理常式的工作是修正錯誤,然後重新嘗試調動出問題的方法,並認為的二次能成功. 對於恢複模型,通常希望異常被處理之後能繼續執行程式.在這種情況下,拋出異常更像是對方法的調用--可以在Java裡用這種方法進行配置,以得到類似恢複的行為.(也就是說,不是拋出異常,而是調用方法修正錯誤.)或者,把try塊放在while迴圈裡,這樣就可以不斷的進入try塊,直到得到滿意的結果.

二 物件導向中的異常處理

大致瞭解了什麼是異常處理後，由於異常處理在物件導向語言中使用的比較普遍，我們就先以C++為例，做一個關於異常處理的簡單例子：

問題：求兩個數相除的結果。

這裡，隱藏這一個錯誤，那就是當除數為0時，會出現，所以，我們得使用異常處理來捕捉這個異常，並拋出異常資訊。

具體看代碼：

#include <iostream> #include <exception> using namespace std; class DivideError:public exception {  public:           DivideError::DivideError():exception(){}           const char* what(){             return "試圖去除一個值為0的數字";         }  }; double quotion(int numerator,int denominator) {     if(0==denominator)          //當除數為0時，拋出異常      throw DivideError();     return static_cast<double>(numerator)/denominator;     } int main() {     int number1;             //第一個數字     int number2;             //第二個數字     double result;     cout<<"請輸入兩個數字：" ;     while(cin>>number1>>number2){         try{             result=quotion(number1,number2);             cout<<"結果是 :"<<result<<endl;                      }     //end try         catch(DivideError &divException){             cout<<"產生異常:"                 <<divException.what()<<endl;         }     }      }

 

在這個例子中，我們使用了<expection>標頭檔中的exception類，並使DivideError類繼承了它，同時重載了虛方法what()，以給出特定的異常資訊。

而C#中的異常處理類則封裝的更有全面，裡面封裝了常用的異常處理資訊，這裡就不多說了。

 

 

三 C語言中的異常處理

 在C語言中異常處理一般有這麼幾種方式：

1.使用標準C庫提供了abort()和exit()兩個函數，它們可以強行終止程式的運行，其聲明處於<stdlib.h>標頭檔中。

2.使用assert(斷言)宏調用，位於標頭檔<assert.h>中，當程式出錯時，就會引發一個abort（）。

3.使用errno全域變數，由C執行階段程式庫函數提供，位於標頭檔<errno.h>中。

4.使用goto語句，當出錯時跳轉。

5.使用setjmp,longjmp進行異常處理。

接下來，我們就依次對這幾種方式來看看到底是怎麼做的：

我們仍舊以前面處理除數為0的異常為例子。

1.使用exit()函數進行異常終止：

 

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> double diva(double num1,double num2)         //兩數相除函數  {     double re;     re=num1/num2;     return re; } int main() {    double a,b,result;  printf("請輸入第一個數字：");   scanf("%lf",&a);   printf("請輸入第二個數字：");   scanf("%lf",&b);   if(0==b)                                //如果除數為0終止程式    exit(EXIT_FAILURE); result=diva(a,b);    printf("相除的結果是: %.2lf\n",result);     return 0; }

其中exit的定義如下：

_CRTIMP void __cdecl __MINGW_NOTHROW exit (int) __MINGW_ATTRIB_NORETURN;

exit的函數原型：void exit(int)由此，我們也可以知道EXIT_FAILURE宏應該是一個整數，exit（）函數的傳遞參數是兩個宏，一個是剛才看到的EXIT_FAILURE，還有一個是EXIT_SUCCESS從字面就可以看出一個是出錯後強制終止程式，而一個是程式正常結束。他們的定義是：

#define EXIT_SUCCESS 0
#define EXIT_FAILURE 1

到此，當出現異常的時候，程式是終止了，但是我們並沒有捕獲到異常資訊，要捕獲異常資訊，我們可以使用註冊終止函數atexit(),它的原型是這樣的：intatexit(atexit_t func);

具體看如下程式：

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> void Exception(void)                           //註冊終止函數，通過掛接到此函數，捕獲異常資訊  {     printf("試圖去除以一個為0的數字，出現異常。\n"); } int main() {     double a,b,result;   printf("請輸入第一個數字：");   scanf("%lf",&a);   printf("請輸入第二個數字：");   scanf("%lf",&b);   if(0==b)                    //如果除數為0終止程式 ,並掛接到類比異常捕獲的註冊函數   {          atexit(Exception);                             exit(EXIT_FAILURE);   }     result=diva(a,b);    printf("相除的結果是: %.2lf\n",result);     return 0; }

這裡需要注意的是，atexit（）函數總是被執行的，就算沒有exit（）函數，當程式結束時也會被執行。並且，可以掛接多個註冊函數，按照堆棧結構進行執行。abort（）函數與exit（）函數類似，當出錯時，能使得程式正常退出，這裡就不多說了。

2.使用assert()進行異常處理：

assert()是一個偵錯工具時經常使用的宏，切記，它不是一個函數，在程式運行時它計算括弧內的運算式，如果運算式為FALSE  (0),  程式將報告錯誤，並終止執行。如果運算式不為0，則繼續執行後面的語句。這個宏通常原來判斷程式中是否出現了明顯非法的資料，如果出現了終止程式以免導致嚴重後果，同時也便於尋找錯誤。  
另外需要注意的是：assert只有在Debug版本中才有效，如果編譯為Release版本則被忽略。

我們就前面的問題，使用assert斷言進行異常終止操作：構造可能出現出錯的斷言運算式：assert（number。=0）這樣，當除數為0的時候，運算式就為false，程式報告錯誤，並終止執行。

代碼如下：

#include <stdio.h>#include <assert.h>double diva(double num1,double num2)         //兩數相除函數 {    double re;    re=num1/num2;    return re;}int main(){  printf("請輸入第一個數字：");  scanf("%lf",&a);  printf("請輸入第二個數字：");  scanf("%lf",&b);  assert(0!=b);                                //構造斷言運算式，捕獲預期異常錯誤   result=diva(a,b);   printf("相除的結果是: %.2lf\n",result);       return 0;}

3.使用errno全域變數，進行異常處理：

errno全域變數主要在調式中，當系統API函數發生異常的時候，將errno變數賦予一個整數值，根據查看這個值來推測出錯的原因。

其中的各個整數值都有一個相應的宏定義，表示不同的異常原因：

代碼 #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 */

這裡我們就不以前面的除數為0的例子來進行異常處理了，因為我不知道如何定義自己特定錯誤的errno，如果哪位知道，希望能給出方法。我以一個網上的例子來說明它的使用方法：

代碼 #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;  }

 

這裡試圖開啟一個d盤的檔案，如果檔案不存在，這是查看errno的值，結果是2、

當檔案存在時，errno的值為初始值0。然後查看值為2的錯誤資訊，在宏定義那邊#define    ENOFILE        2    /* No such file or directory */
便知道錯誤的原因了。

4.使用goto語句進行異常處理：

goto語句相信大家都很熟悉，是一個跳躍陳述式，我們還是以除數為0的例子，來構造一個異常處理的例子：

代碼 #include <stdio.h>double diva(double num1,double num2)         //兩數相除函數 {    double re;    re=num1/num2;    return re;}int main(){  int tag=0;  double a,b,result;  if(1==tag)  {      Throw:    printf("除數為0，出現異常\n");  }   tag=1;  printf("請輸入第一個數字：");  scanf("%lf",&a);  printf("請輸入第二個數字：");  scanf("%lf",&b);if(b==0)                                   //捕獲異常（或許這麼說並不恰當，暫且這麼理解）  goto Throw;                                //拋出異常   result=diva(a,b);   printf("%d\n",errno);   printf("相除的結果是: %.2lf\n",result);    return 0;}

 

5.使用setjmp和longjmp進行異常捕獲與處理：

setjmp和longjmp是非局部跳轉，類似goto跳轉作用，但是goto語句具有局限性，只能在局部進行跳轉，當需要跳轉到非一個函數內的地方時就需要用到setjmp和longjmp。setjmp函數用於儲存程式的運行時的堆棧環境，接下來的其它地方，你可以通過調用longjmp函數來恢複先前被儲存的程式堆棧環境。異常處理基本方法：

使用setjmp設定一個跳轉點，然後在程式其他地方調用longjmp跳轉到該點（拋出異常).

代碼如下所示：

#include <stdio.h>#include <setjmp.h>jmp_buf j;void Exception(void){   longjmp(j,1);} double diva(double num1,double num2)         //兩數相除函數 {    double re;     re=num1/num2;    return re;} int main(){    double a,b,result;       printf("請輸入第一個數字：");   scanf("%lf",&a);   printf("請輸入第二個數字：");  if(setjmp(j)==0)  {   scanf("%lf",&b);   if(0==b)   Exception(); result=diva(a,b);    printf("相除的結果是: %.2lf\n",result);  }  else  printf("試圖除以一個為0的數字\n"); return 0;}

 

四 總結：

 

除了以上幾種方法之外，另外還有使用訊號量等等方法進行異常處理。當然在實際開發中每個人都有各種調式的技巧，而且這文章並不是說明異常處理一定要這樣做，這隻是對一般做法的一些總結，也不要亂使用異常處理，如果弄的不好就嚴重影響了程式的效率和結構，就像設計模式一樣，不能胡亂使用。