fclose(pFile);
}
return 0;
}
执行结果为：
[wangxiaoyuan_@localhost test1] ./GlbErr NonexistentFile.h Cannot open file 'NonexistentFile.h'(No such file or directory)! Open file failed: No such file or directory [wangxiaoyuan_@localhost test1] ./GlbErr NonexistentFile.h 2> test Cannot open file 'NonexistentFile.h'(No such file or directory)!
也可仿照errno的定义和处理，定制自己的错误代码：
int *_fpErrNo(void) { static int dwLocalErrNo = 0; return &dwLocalErrNo; }
#define ErrNo (*_fpErrNo()) #define EOUTOFRANGE 1 //define other error macros...
int Callee(void) { ErrNo = 1; return -1; }
int main(void) { ErrNo = 0; if((-1 == Callee()) && (EOUTOFRANGE == ErrNo)) printf("Callee failed(ErrNo:%d)!\n", ErrNo); return 0; }
借助全局状态标志，可充分利用函数的接口(返回值和参数表)。但与返回值一样，它隐含地要求调用者在调用函数后检查该标志，而这种约束同样脆弱。
此外，全局状态标志存在重用和覆盖的风险。而函数返回值是无名的临时变量，由函数产生且只能被调用者访问。调用完成后即可检查或拷贝返回值，然后原始的返回对象将消失而不能被重用。又因为无名，返回值不能被覆盖。
#### 2.3 局部跳转(goto)
使用goto语句可直接跳转到函数内的错误处理代码处。以除零错误为例：
double Division(double fDividend, double fDivisor) { return fDividend/fDivisor; } int main(void) { int dwFlag = 0; if(1 == dwFlag) { RaiseException: printf("The divisor cannot be 0!\n"); exit(1); } dwFlag = 1;
double fDividend = 0.0, fDivisor = 0.0;
printf("Enter the dividend: ");
scanf("%lf", &fDividend);
printf("Enter the divisor : ");
scanf("%lf", &fDivisor);
if(0 == fDivisor) //不太严谨的浮点数判0比较
goto RaiseException;
printf("The quotient is %.2lf\n", Division(fDividend, fDivisor));
return 0;
}
执行结果如下：
[wangxiaoyuan_@localhost test1] ./test Enter the dividend: 10 Enter the divisor : 2 The quotient is 5.00
虽然goto语句会破坏代码结构性，但却非常适用于集中错误处理。伪代码示例如下：
CallerFunc() { if((ret = CalleeFunc1()) < 0); goto ErrHandle; if((ret = CalleeFunc2()) < 0); goto ErrHandle; if((ret = CalleeFunc3()) < 0); goto ErrHandle; //...
return;
ErrHandle: //Handle Error(e.g. printf) return; }
#### 2.4 非局部跳转(setjmp/longjmp)
局部goto语句只能跳到所在函数内部的标号上。若要跨越函数跳转，需要借助标准C库提供非局部跳转函数setjmp()和longjmp()。它们分别承担非局部标号和goto的作用，非常适用于处理发生在深层嵌套函数调用中的出错情况。“非局部跳转”是在栈上跳过若干调用帧，返回到当前函数调用路径上的某个函数内。
#include <setjmp.h> int setjmp(jmp_buf env); void longjmp(jmp_buf env,int val);
函数setjmp()将程序运行时的当前系统堆栈环境保存在缓冲区env结构中。初次调用该函数时返回值为0。longjmp()函数根据setjmp()所保存的env结构恢复先前的堆栈环境，即“跳回”先前调用setjmp时的程序执行点。
此时，setjmp()函数返回longjmp()函数所设置的参数val值，程序将继续执行setjmp调用后的下一条语句(仿佛从未离开setjmp)。参数val为非0值，若设置为0，则setjmp()函数返回1。
可见，setjmp()有两类返回值，用于区分是首次直接调用(返回0)和还是由其他地方跳转而来(返回非0值)。对于一个setjmp可有多个longjmp，因此可由不同的非0返回值区分这些longjmp。
举个简单例子说明 setjmp/longjmp的非局部跳转：
jmp_buf gJmpBuf; void Func1(){ printf("Enter Func1\n"); if(0)longjmp(gJmpBuf, 1); } void Func2(){ printf("Enter Func2\n"); if(0)longjmp(gJmpBuf, 2); } void Func3(){ printf("Enter Func3\n"); if(1)longjmp(gJmpBuf, 3); }
int main(void) { int dwJmpRet = setjmp(gJmpBuf); printf("dwJmpRet = %d\n", dwJmpRet); if(0 == dwJmpRet) { Func1(); Func2(); Func3(); } else { switch(dwJmpRet) { case 1: printf("Jump back from Func1\n"); break; case 2: printf("Jump back from Func2\n"); break; case 3: printf("Jump back from Func3\n"); break; default: printf("Unknown Func!\n"); break; } } return 0; }
执行结果为：
dwJmpRet = 0 Enter Func1 Enter Func2 Enter Func3 dwJmpRet = 3 Jump back from Func3
当setjmp/longjmp嵌在单个函数中使用时，可模拟PASCAL语言中嵌套函数定义(即函数内中定义一个局部函数)。当setjmp/longjmp跨越函数使用时，可模拟面向对象语言中的异常(exception) 机制。
模拟异常机制时，首先通过setjmp()函数设置一个跳转点并保存返回现场，然后使用try块包含那些可能出现错误的代码。可在try块代码中或其调用的函数内，通过longjmp()函数抛出(throw)异常。
抛出异常后，将跳回setjmp()函数所设置的跳转点并执行catch块所包含的异常处理程序。
以除零错误为例：
jmp_buf gJmpBuf; void RaiseException(void) { printf("Exception is raised: "); longjmp(gJmpBuf, 1); //throw，跳转至异常处理代码 printf("This line should never get printed!\n"); } double Division(double fDividend, double fDivisor) { return fDividend/fDivisor; } int main(void) { double fDividend = 0.0, fDivisor = 0.0; printf("Enter the dividend: "); scanf("%lf", &fDividend); printf("Enter the divisor : "); if(0 == setjmp(gJmpBuf)) //try块 { scanf("%lf", &fDivisor); if(0 == fDivisor) //也可将该判断及RaiseException置于Division内 RaiseException(); printf("The quotient is %.2lf\n", Division(fDividend, fDivisor)); } else //catch块(异常处理代码) { printf("The divisor cannot be 0!\n"); }
return 0;
}
执行结果为：
Enter the dividend: 10 Enter the divisor : 0 Exception is raised: The divisor cannot be 0!
通过组合使用setjmp/longjmp函数，可对复杂程序中可能出现的异常进行集中处理。根据longjmp()函数所传递的返回值来区分处理各种不同的异常。
使用setjmp/longjmp函数时应注意以下几点：
1. \1. 必须先调用setjmp()函数后调用longjmp()函数，以恢复到先前被保存的程序执行点。若调用顺序相反，将导致程序的执行流变得不可预测，很容易导致程序崩溃。
2. \2. longjmp()函数必须在setjmp()函数的作用域之内。在调用setjmp()函数时，它保存的程序执行点环境只在当前主调函数作用域以内(或以后)有效。若主调函数返回或退出到上层(或更上层)的函数环境中，则setjmp()函数所保存的程序环境也随之失效(函数返回时堆栈内存失效)。这就要求setjmp()不可该封装在一个函数中，若要封装则必须使用宏(详见《C语言接口与实现》“第4章 异常与断言”)。
3. \3. 通常将jmp\_buf变量定义为全局变量，以便跨函数调用longjmp。
4. \4. 通常，存放在存储器中的变量将具有longjmp时的值，而在CPU和浮点寄存器中的变量则恢复为调用setjmp时的值。因此，若在调用setjmp和longjmp之间修改自动变量或寄存器变量的值，当setjmp从longjmp调用返回时，变量将维持修改后的值。若要编写使用非局部跳转的可移植程序，必须使用volatile属性。
5. \5. 使用异常机制不必每次调用都检查一次返回值，但因为程序中任何位置都可能抛出异常，必须时刻考虑是否捕捉异常。在大型程序中，判断是否捕捉异常会是很大的思维负担，影响开发效率。
相比之下，通过返回值指示错误有利于调用者在最近出错的地方进行检查。此外，返回值模式中程序的运行顺序一目了然，对维护者可读性更高。因此，应用程序中不建议使用setjmp/longjmp“异常处理”机制(除非库或框架)。
#### 2.5 信号(signal/raise)
在某些情况下，主机环境或操作系统可能发出信号(signal)事件，指示特定的编程错误或严重事件(如除0或中断等)。这些信号本意并非用于错误捕获，而是指示与正常程序流不协调的外部事件。
为处理信号，需要使用以下信号相关函数：
#include <signal.h> typedef void (*fpSigFunc)(int); fpSigFunc signal(int signo, fpSigFunc fpHandler); int raise(int signo);
其中，参数signo是Unix系统定义的信号编号(正整数)，不允许用户自定义信号。参数fpHandler是常量SIG\_DFL、常量SIG\_IGN或当接收到此信号后要调用的信号处理函数(signal handler)的地址。若指定SIG\_DFL，则接收到此信号后调用系统的缺省处理函数；若指定SIG\_ IGN，则向内核表明忽略此信号(SIGKILL和SIGSTOP不可忽略)。
某些异常信号(如除数为零)不太可能恢复，此时信号处理函数可在程序终止前正确地清理某些资源。信号处理函数所收到的异常信息仅是一个整数(待处理的信号事件)，这点与setjmp()函数类似。
signal()函数执行成功时返回前次挂接的处理函数地址，失败时则返回SIG\_ERR。信号通过调用raise()函数产生并被处理函数捕获。
以除零错误为例：
void fphandler(int dwSigNo) { printf("Exception is raised, dwSigNo=%d!\n", dwSigNo); } int main(void) { if(SIG_ERR == signal(SIGFPE, fphandler)) { fprintf(stderr, "Fail to set SIGFPE handler!\n"); exit(EXIT_FAILURE); }
double fDividend = 10.0, fDivisor = 0.0;
if(0 == fDivisor)
{
raise(SIGFPE);
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("The quotient is %.2lf\n", fDividend/fDivisor);
return 0;
}
执行结果为"Exception is raised, dwSigNo=8!"(0.0不等同于0，因此系统未检测到浮点异常)。
若将被除数(Dividend)和除数(Divisor)改为整型变量：
int main(void) { if(SIG_ERR == signal(SIGFPE, fphandler)) { fprintf(stderr, "Fail to set SIGFPE handler!\n"); exit(EXIT_FAILURE); }
int dwDividend = 10, dwDivisor = 0;
double fQuotient = dwDividend/dwDivisor;
printf("The quotient is %.2lf\n", fQuotient);
return 0;
}
则执行后循环输出"Exception is raised, dwSigNo=8!"。这是因为进程捕捉到信号并对其进行处理时，进程正在执行的指令序列被信号处理程序临时中断，它首先执行该信号处理程序中的指令。若从信号处理程序返回(未调用exit或longjmp)，则继续执行在捕捉到信号时进程正在执行的正常指令序列。
因此，每次系统调用信号处理函数后，异常控制流还会返回除0指令继续执行。而除0异常不可恢复，导致反复输出异常。
规避方法有两种：
1. \1. 将SIGFPE信号变成系统默认处理，即signal(SIGFPE, SIG\_DFL)。
此时执行输出为"Floating point exception"。
1. \1. 利用setjmp/longjmp跳过引发异常的指令：
jmp_buf gJmpBuf; void fphandler(int dwSigNo) { printf("Exception is raised, dwSigNo=%d!\n", dwSigNo); longjmp(gJmpBuf, 1); } int main(void) { if(SIG_ERR == signal(SIGFPE, SIG_DFL)) { fprintf(stderr, "Fail to set SIGFPE handler!\n"); exit(EXIT_FAILURE); }
int dwDividend = 10, dwDivisor = 0;
if(0 == setjmp(gJmpBuf))
{
double fQuotient = dwDividend/dwDivisor;
printf("The quotient is %.2lf\n", fQuotient);
}
else
{
printf("The divisor cannot be 0!\n");
}
return 0;
}
注意，在信号处理程序中还可使用sigsetjmp/siglongjmp函数进行非局部跳转。相比setjmp函数，sigsetjmp函数增加一个信号屏蔽字参数。
### 三 错误处理
#### 3.1 终止(abort/exit)
致命性错误无法恢复，只能终止程序。例如，当空闲堆管理程序无法提供可用的连续空间时(调用malloc返回NULL)，用户程序的健壮性将严重受损。若恢复的可能性渺茫，则最好终止或重启程序。
标准C库提供exit()和abort()函数，分别用于程序正常终止和异常终止。两者都不会返回到调用者中，且都导致程序被强行结束。
exit()及其相似函数原型声明如下：
#include <stdlib.h> void exit(int status); void _Exit(int status); #include <unistd.h> void _exit(int status);
其中，exit和\_Exit由ISO C说明，而\_exit由Posix.1说明。因此使用不同的头文件。
ISO C定义\_ Exit旨在为进程提供一种无需运行终止处理程序(exit handler)或信号处理程序(signal handler)而终止的方法，是否冲洗标准I/O流则取决于实现。Unix系统中\_ Exit 和\_ exit同义，两者均直接进入内核，而不冲洗标准I/O流。\_exit函数由exit调用，处理Unix特定的细节。
exit()函数首先调用执行各终止处理程序，然后按需多次调用fclose函数关闭所有已打开的标准I/O流(将所有缓冲的输出数据冲洗写到文件上)，然后调用\_exit函数进入内核。
标准函数库中有一种“缓冲I/O(buffered I/O)”机制。该机制对于每个打开的文件，在内存中维护一片缓冲区。每次读文件时会连续读出若干条记录，下次读文件时就可直接从内存缓冲区中读取；每次写文件时也仅仅写入内存缓冲区，等满足一定条件(如缓冲区填满，或遇到换行符等特定字符)时再将缓冲区内容一次性写入文件。
通过尽可能减少read和write调用的次数，该机制可显著提高文件读写速度，但也给编程带来某些麻烦。例如，向文件内写入一些数据时，若未满足特定条件，数据会暂存在缓冲区内。开发者并不知晓这点，而调用\_ \_ exit()函数直接关闭进程，导致缓冲区数据丢失。
因此，若要保证数据完整性，必须调用exit()函数，或在调用\_ \_ exit()函数前先通过fflush()函数将缓冲区内容写入指定的文件。
例如，调用printf函数(遇到换行符’\n’时自动读出缓冲区中内容)函数后再调用exit：
int main(void) { printf("Using exit...\n"); printf("This is the content in buffer"); exit(0); printf("This line will never be reached\n"); }
执行输出为：
Using exit... This is the content in buffer(结尾无换行符)
调用printf函数后再调用\_exit：
int main(void) { printf("Using _exit...\n"); printf("This is the content in buffer"); fprintf(stdout, "Standard output stream"); fprintf(stderr, "Standard error stream"); //fflush(stdout); _exit(0); }
执行输出为：
Using _exit... Standard error stream(结尾无换行符)
若取消fflush句注释，则执行输出为：
Using _exit... Standard error streamThis is the content in bufferStandard output stream(结尾无换行符)
通常，标准错误是不带缓冲的，打开至终端设备的流(如标准输入和标准输出)是行缓冲的(遇换行符则执行I/O操作)；其他所有流则是全缓冲的(填满标准I/O缓冲区后才执行I/O操作)。
三个exit函数都带有一个整型参数status，称之为终止状态(或退出状态)。该参数取值通常为两个宏，即EXIT\_SUCCESS(0)和EXIT\_FAILURE(1)。大多数Unix shell都可检查进程的终止状态。
若(a)调用这些函数时不带终止状态，或(b)main函数执行了无返回值的return语句，或© main函数未声明返回类型为整型，则该进程的终止状态未定义。但若main函数的返回类型为整型，且执行到最后一条语句时返回(隐式返回)，则该进程的终止状态为0。
exit系列函数是最简单直接的错误处理方式，但程序出错终止时无法捕获异常信息。ISO C规定一个进程可以注册32个终止处理函数。这些函数可编写为自定义的清理代码，将由exit()函数自动调用，并可使用atexit()函数进行注册。
#include <stdlib.h> int atexit(void (*func)(void));
该函数的参数是一个无参数无返回值的终止处理函数。exit()函数按注册的相反顺序调用这些函数。同一函数若注册多次，则被调用多次。即使不调用exit函数，程序退出时也会执行atexit注册的函数。
通过结合exit()和atexit()函数，可在程序出错终止时抛出异常信息。以除零错误为例：
double Division(double fDividend, double fDivisor) { return fDividend/fDivisor; } void RaiseException1(void) { printf("Exception is raised: \n"); } void RaiseException2(void) { printf("The divisor cannot be 0!\n"); }
int main(void) { double fDividend = 0.0, fDivisor = 0.0; printf("Enter the dividend: "); scanf("%lf", &fDividend); printf("Enter the divisor : "); scanf("%lf", &fDivisor); if(0 == fDivisor) { atexit(RaiseException2); atexit(RaiseException1); exit(EXIT_FAILURE); } printf("The quotient is %.2lf\n", Division(fDividend, fDivisor));
return 0;
}
执行结果为：
Enter the dividend: 10 Enter the divisor : 0 Exception is raised: The divisor cannot be 0!
注意，通过atexit()注册的终止处理函数必须显式(使用return语句)或隐式地正常返回，而不能通过调用exit()或longjmp()等其他方式终止，否则将导致未定义的行为。
例如，在GCC4.1.2编译环境下，调用exit()终止时仍等效于正常返回；而VC6.0编译环境下，调用exit()的处理函数将阻止其他已注册的处理函数被调用，并且可能导致程序异常终止甚至崩溃。
嵌套调用exit()函数将导致未定义的行为，因此在终止处理函数或信号处理函数中尽量不要调用exit()。
abort()函数原型声明如下：
#include <stdlib.h> void abort(void);
该函数将SIGABRT信号发送给调用进程(进程不应忽略此信号)。
ISO C规定，调用abort将向主机环境递送一个未成功终止的通知，其方法是调用raise(SIGABRT)函数。因此，abort()函数理论上的实现为：
void abort(void) { raise(SIGABRT); exit(EXIT_FAILURE); }
可见，即使捕捉到SIGABRT信号且相应信号处理程序返回，abort()函数仍然终止程序。Posix.1也说明abort()函数并不理会进程对此信号的阻塞和忽略。
进程捕捉到SIGABRT信号后，可在其终止之前执行所需的清理操作(如调用exit)。若进程不在信号处理程序中终止自己，Posix.1声明当信号处理程序返回时，abort()函数终止该进程。
ISO C规定，abort()函数是否冲洗输出流、关闭已打开文件及删除临时文件由实现决定。Posix.1则要求若abort()函数终止进程，则它对所有打开标准I/O流的效果应当与进程终止前对每个流调用fclose相同。为提高可移植性，若希望冲洗标准I/O流，则应在调用abort()之前执行这种操作。
#### 3.2 断言(assert)
abort()和exit()函数无条件终止程序。也可使用断言(assert)有条件地终止程序。
assert是诊断调试程序时经常使用的宏，定义在<assert.h>内。该宏的典型实现如下：
#ifdef NDEBUG
#define assert(expr) ((void) 0)
#else
extern void __assert((const char *, const char *, int, const char *));
#define assert(expr)
((void) ((expr) ||
(__assert(#expr, FILE, LINE, FUNCTION), 0)))
#endif
可见，assert宏仅在调试版本(未定义NDEBUG)中有效，且调用\_\_assert()函数。该函数将输出发生错误的文件名、代码行、函数名以及条件表达式：
void __assert(const char *assertion, const char * filename, int linenumber, register const char * function) { fprintf(stderr, " [%s(%d)%s] Assertion '%s' failed.\n", filename, linenumber, ((function == NULL) ? "UnknownFunc" : function), assertion); abort(); }
因此，assert宏实际上是一个带有错误说明信息的abort()，并做了前提条件检查。若检查失败(断言表达式为逻辑假)，则报告错误并终止程序；否则继续执行后面的语句。
使用者也可按需定制assert宏。例如，另一实现版本为：
#undef assert
#ifdef NDEBUG
#define assert(expr) ((void) 0)
#else
#define assert(expr) ((void) ((expr) ||
(fprintf(stderr, "[%s(%d)] Assertion '%s' failed.\n",
FILE, LINE, #expr), abort(), 0)))
#endif
注意，expr1||expr2表达式作为单独语句出现时，等效于条件语句if(!(expr1))expr2。这样，assert宏就可扩展为一个表达式，而不是一条语句。逗号表达式expr2返回最后一个表达式的值(即0)，以符合||操作符的要求。
使用断言时应注意以下几点：
1. \1. 断言用于检测理论上绝不应该出现的情况，如入参指针为空、除数为0等。
对比以下两种情况：
char *Strcpy(char *pszDst, const char *pszSrc) { char *pszDstOrig = pszDst; assert((pszDst != NULL) && (pszSrc != NULL)); while((*pszDst++ = *pszSrc++) != '\0'); return pszDstOrig; } FILE *OpenFile(const char *pszName, const char *pszMode) { FILE *pFile = fopen(pszName, pszMode); assert(pFile != NULL); if(NULL == pFile) return NULL;
//...
return pFile;
}
Strcpy()函数中断言使用正确，因为入参字符串指针不应为空。OpenFile()函数中则不能使用断言，因为用户可能需要检查某个文件是否存在，而这并非错误或异常。
2)assert是宏不是函数，在调试版本和非调试版本中行为不同。因此必须确保断言表达式的求值不会产生副作用，如修改变量和改变方法的返回值。不过，可根据这一副作用测试断言是否打开：
int main(void) { int dwChg = 0; assert(dwChg = 1); if(0 == dwChg) printf("Assertion should be enabled!\n"); return 0; }
1. \1. 不应使用断言检查公共方法的参数(应使用参数校验代码)，但可用于检查传递给私有方法的参数。
2. \2. 可使用断言测试方法执行的前置条件和后置条件，以及执行前后的不变性。
3. \3. 断言条件不成立时，会调用abort()函数终止程序，应用程序没有机会做清理工作(如关闭文件和数据库)。
#### 3.3 封装
为减少错误检查和处理代码的重复性，可对函数调用或错误输出进行封装。
1. \1. 封装具有错误返回值的函数
通常针对频繁调用的基础性系统函数，如内存和内核对象操作等。举例如下：
pid_t Fork(void) //首字母大写，以区分系统函数fork() { pid_t pid; if((pid = fork())<0) { fprintf(stderr, "Fork error: %s\n", strerror(errno)); exit(0); } return pid; }
Fork()函数出错退出时依赖系统清理资源。若还需清理其他资源(如已创建的临时文件)，可增加一个负责清理的回调函数。
注意，并非所有系统函数都可封装，应根据具体业务逻辑确定。
1. \1. 封装错误输出
通常需要使用ISO C变长参数表特性。例如《Unix网络编程》中将输出至标准出错文件的代码封装如下：
#include <stdarg.h> #include <syslog.h> #define HAVE_VSNPRINTF 1 #define MAXLINE 4096 /* max text line length / int daemon_proc; / set nonzero by daemon_init() */ static void err_doit(int errnoflag, int level, const char * fmt, va_list ap) { int errno_save, n; char buf[MAXLINE + 1];
errno_save = errno; /* Value caller might want printed. */
#ifdef HAVE_VSNPRINTF vsnprintf(buf, MAXLINE, fmt, ap); #else vsprintf(buf, fmt, ap); /* This is not safe */ #endif n = strlen(buf); if (errnoflag) { snprintf(buf + n, MAXLINE - n, ": %s", strerror(errno_save)); } strcat(buf, "\n");
if (daemon_proc) {
syslog(level, buf);
} else {
fflush(stdout); /* In case stdout and stderr are the same */
fputs(buf, stderr);
fflush(stderr);
}
return;
}
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