C語言的錯誤處理

爲了開發強壯的程序，需要預見程序在執行時可能的錯誤，並對錯誤進行檢測和處理以在錯誤發生時能夠採取適當的行爲。C語言提供了幾個處理錯誤的函數庫。

斷言`<assert.h>`

C語言使用斷言監控程序的行爲，斷言函數聲明在<assert.h>中，原型爲：

void assert(int expression);

assert函數是以宏的形式實現的。參數expression是一個在正常情況下應該爲真的表達式。在執行assert函數時，會檢測expression的值，如果結果爲0（爲假），則assert函數會向標準錯誤流輸出斷言失敗的信息（包括斷言函數的參數、調用斷言函數的文件名和斷言函數所在行號等信息），並調用abort函數終止程序。

assert由於引入了額外的檢查，會增加程序的運行時間，有時這是難以接受的，因此可以在程序發佈時禁止assert調用。只需要在包含<assert.h>前定義宏NDEBUG即可禁止assert調用。

由於assert函數可以被禁止調用，因此不要在assert函數中包含影響程序行爲的內容。

/**************************************
 * using_assert.c                     *
 *                                    *
 * C語言的錯誤檢測機制：斷言          *
 **************************************/

#include <stdio.h>
#include <assert.h>

int main()
{
  int x;
  printf("請輸入一個正整數：");
  scanf("%d", &x);

  assert(x > 0);

  printf("輸入的數符合要求!\n");

  return 0;
}

錯誤碼`<errno.h>`

標準庫中的一些函數在運行時出現錯誤會向<errno.h>中的 errno變量聲明一個錯誤碼。如果要根據errno判斷這些函數是否發生了錯誤，在調用前需要先將errno清零。 errno中存儲的值通常爲兩種，一種是EDOM，定義域錯誤，當傳遞給函數的某個參數的值不輸入函數的定義域；第二個是ERANGE ，取值範圍錯誤，當函數的返回值過大，超過了函數的返回值範圍時發生。

<errno.h>中提供了兩種函數來輸出錯誤信息，其原型分別爲：

    void perror(const char *s);
    char *strerror(int enum);

perror函數聲明在<stdio.h>中，它輸出的信息的格式如下：

    s: 出錯信息

依次輸出參數字符串s，冒號，空格，根據errno確定的錯誤信息和換行符。

strerror在<string.h>中聲明，它根據errno中的錯誤碼生成描述這種錯誤的字符串。

/**************************************
 * using_errno.c                      *
 *                                    *
 * C語言中的錯誤碼errno及相關函數的用 *
 * 法                                 *
 **************************************/

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <math.h>

int main()
{
  errno = 0;
  sqrt(-1);
  perror("開平方參數錯誤");

  puts(strerror(EDOM));
  puts(strerror(errno));

  return 0;
}

信號處理

C語言利用信號（signal)處理異常情況。信號有兩種類型，程序運行時發生的錯誤或程序外部觸發的事件。當有錯誤或外部事件發生時，就稱產生了一個信號。大多數信號是異步的，可以在程序執行過程中的任何時刻發生，必須採用統一的方式處理它們。

信號宏

在<signal.h>中定義了一系列宏，用於表示不同的信號。

宏名	含義
`SIGABRT`	異常終止，可能由於調用abort引起
`SIGFPE`	在數學計算中發生錯誤引起（例如除0或溢出等）
`SIGILL`	非法指令
`SIGINT`	中斷
`SIGSEGV`	非法存儲訪問
`SIGTERM`	終止請求

C語言的實現可以提供更多的信號宏，只要在宏的名字以SIG開頭並全用大寫字母組成。在不同的計算機系統上表中的信號並不全有意義。

信號處理函數

在<signal.h>中有一個signal函數，該函數的用處是爲不同的信號安裝信號處理函數，以便在信號發生的時候調用。其原型爲：

    void (*signal(int sig, void (*func)(int)))(int);

signal的返回值是前一個信號處理函數的指針。

每個信號處理函數都必須有一個int類型的參數，當信號發生時，信號的代碼以參數的信息傳入信號處理函數。

除非信號是由abort函數或raise函數引起，否則在信號處理函數中不要使用任何庫函數或者使用靜態存儲變量。

不同的信號在信號處理函數執行完成後有不同的結果，一種是返回原函數繼續執行，一種是終止，一種是未定義。

C語言在<signal.h>中提供了預定義的處理函數，都是用宏表示的，分別是：

- `SIG_DFL`。以默認方式處理信號，`SIG_DFL`的結果是由實現定義的，大部分情況會導致程序終止。
-` SIG_IGN`。當信號發生時，忽略該信號。

<signal.h>還提供了另一個宏SIG_ERR，它用以在安裝信號處理函數時是否發生錯誤的宏，如果安裝失敗，就會返回SIG_ERR的值，並在errno中寫入一個正值。

爲了避免遞歸，在調用處理函數時，程序在後臺將該信號對應的信號處理函數重置爲SIG_DFL，或者以其他方式封鎖。

`raise`函數

除了信號在特定條件下自動產生外，也可以使用raise函數觸發信號，該函數在<signal.h>中聲明，raise函數的原型爲：

int raise(int sig);

返回值說明調用是否成功， 0表示成功，否則失敗。

/**************************************
 * using_signal.c                     *
 *                                    *
 * 使用C語言中的信號                  *
 **************************************/

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

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

void RaiseSignal()
{
  raise(SIGILL);
}

int main()
{
  void (*orig_handler)(int);

  printf("Installing handler for signal %d\n", SIGILL);
  orig_handler = signal(SIGILL, Handler);
  RaiseSignal();

  printf("Change handler to SIG_IGN\n");
  signal(SIGILL, SIG_IGN);
  RaiseSignal();

  printf("Restoring original handler\n");
  signal(SIGILL, orig_handler);
  RaiseSignal();

  printf("Program terminates normally!\n");

  return 0;
}

非局部跳轉

通常情況下，函數在執行完後會返回到調用它的地方繼續執行，如果想要由函數直接跳轉到另外一個函數，則可以使用<setjmp.h>中提供的非局部跳轉函數。goto只能跳轉到同一函數內的標記處。

<setjmp.h>中主要的是setjmp和longjmp兩個函數，setjmp宏標記程序中的一個位置，隨後又longjmp跳轉到這個位置。這一機制主要用以錯誤處理。這兩個函數的原型爲：

    int setjmp(jmpbuf env);
    void longjmp(jmp_buf env, int val);

setjmp宏調用的參數爲jmp_buff類型，同樣在<setjmp.h>中定義。setjmp將當前的環境（包括指向當前繪製的指針）保存到變量中以便在longjmp中調用，返回0.
使用longjmp宏回到setjmp宏標記的地方，調用的參數是與setjmp同一個jmp_buf變量，longjmp首先根據jmp_buf恢復環境，然後從setjmp中返回，返回的值就是val的值（如果val爲0，則setjmp返回1）。val實際上是發生跳轉的位置的標誌，可以根據該值判斷當前代碼的執行是從哪個longjmp跳轉過來的。

/*************************************
 * using_setjmp.c                    *
 *                                   *
 * 使用C語言的非局部跳轉函數，例子來 *
 * 源於C語言程序設計-現代方法        *
 *************************************/

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

static jmp_buf env;

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

int main()
{
  int ret;
  ret = setjmp(env);
  printf("setjmp returned %d\n", ret);
  if (ret != 0)
  {
    printf("Program terminates: longjmp called\n");
    return 0;
  }
  f1();
  printf("Program terminates normally\n");
  return 0;
}

void f1(void)
{
  printf("f1 begins\n");
  f2();
  printf("f2 returns");
}

void f2(void)
{
  printf("f2 begins\n");
  longjmp(env, 1);
  printf("f2 returns\n");
}

參考文獻

K.N. King 著，呂秀峯譯. C語言程序設計-現代方法. 人民郵電出版社

C語言的錯誤處理

斷言`<assert.h>`

錯誤碼`<errno.h>`

信號處理

信號宏

信號處理函數

`raise`函數

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C語言的錯誤處理

斷言<assert.h>

錯誤碼<errno.h>

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信號處理函數

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參考文獻

斷言`<assert.h>`

錯誤碼`<errno.h>`

`raise`函數