C語(yǔ)言的那些小秘密之異常處理

　　很多讀者在此之前可能根本沒(méi)有使用或者聽(tīng)說(shuō)過(guò)C語(yǔ)言的異常處理，印象中都是C++或者java才有的東西，C語(yǔ)言怎么會(huì )有異常處理呢?當然估計在大學(xué)出于一般的性的學(xué)習考試之類(lèi)的話(huà)老師幾乎是不會(huì )提及C語(yǔ)言的異常處理的，那么到底什么是異常處理?C語(yǔ)言中又該如何來(lái)實(shí)現異常處理呢?那么我們今天就講解一種典型的實(shí)現C語(yǔ)言異常處理的方法，以setjmp()函數和longjmp()函數實(shí)現的異常處理，我盡可能的把它們是怎樣實(shí)現異常處理方法講解清楚，希望接下來(lái)的內容對你有所幫助，讓你學(xué)到一些新的東西。

　　首先我們來(lái)了解下異常處理，異常是一個(gè)在程序執行期間發(fā)生的事件，它中斷正在執行的程序的正常的指令流，而我們的異常處理功能提供了處理程序運行時(shí)出現的任何意外或異常情況的方法。

　　接下來(lái)我們先看看setjmp()函數和longjmp()函數實(shí)現C語(yǔ)言異常處理。

　　setjmp()函數原型：

　　int ( jmp_buf env );

　　如果我們打開(kāi)源代碼會(huì )發(fā)現在setjmp()函數中涉及到很多的寄存器的操作，如Ebp、Ebx、Edi、Esi、Esp、 Eip等等，在此就不一一例舉了，我們無(wú)非是想向讀者說(shuō)明一個(gè)問(wèn)題，那就是在調用setjmp()函數的過(guò)程中保存程序的當前運行時(shí)的堆棧環(huán)境，保存這些堆棧環(huán)境有什么用呢?接下來(lái)我們看看longjmp()函數。

　　longjmp()函數原型：

　　void longjmp( jmp_buf env, int value );

　　剛剛上面的函數功能是保存程序執行時(shí)候的堆棧環(huán)境，我們發(fā)現在longjmp()函數里也有一個(gè)jmp_buf類(lèi)型的env變量，這其實(shí)是為了保證接下來(lái)調用longjmp時(shí)，會(huì )根據這個(gè)曾經(jīng)保存的變量來(lái)恢復先前的環(huán)境，并且當前的程序控制流，會(huì )因此而返回到最初調用setjmp()函數時(shí)的程序執行點(diǎn)。此時(shí)，在接下來(lái)的控制流的例程中，所能訪(fǎng)問(wèn)的所有的變量，包含了longjmp函數調用時(shí)所擁有的變量。我們就這樣說(shuō)讀者可能就得有點(diǎn)抽象了，那我們還是來(lái)看看一段代碼后再來(lái)分析吧，在此特地給出了一個(gè)簡(jiǎn)單的代碼，由易到難的來(lái)分析。

　　[cpp] view plaincopy#include

　　#include

　　jmp_buf buf;

　　void error_code(void)

　　{

　　longjmp(buf,1);

　　}

　　int main()

　　{

　　double a,b;

　　printf("請輸入被除數：");

　　scanf("%lf",&a);

　　printf("請輸入除數：");

　　if(setjmp(buf)==0)

　　{

　　scanf("%lf",&b);

　　if(0==b)

　　error_code();

　　printf("相除的結果為：%fn",a/b);

　　}

　　else

　　printf("出現錯誤除數為0n");

　　return 0;

　　}

　　運行結果為：

　　[cpp] view plaincopy請輸入被除數：12

　　請輸入除數：0

　　出現錯誤除數為0

　　Press any key to continue

　　看了上面的運行結果，現在我們接著(zhù)上面的講，在一開(kāi)始的部分我們并沒(méi)有具體的交代setjmp()函數和longjmp()函數的返回值和參數的具體含義。兩個(gè)函數中的env變量保存的是調用setjmp()函數的時(shí)候當前運行程序的堆棧信息，而longjmp()函數的調用就是根據在調用setjmp()函數的時(shí)候的堆棧信息返回到最初調用setjmp()函數的地方，而其中的第二個(gè)參數就是此刻setjmp()函數的返回值，但是值得注意的就是調用longjmp()函數之后setjmp函數返回的值必須是非零值，如果longjmp傳送的value參數值為0，那么實(shí)際上setjmp返回的值是1。一開(kāi)始我們調用setjmp()函數的時(shí)候，它的返回值為0，之后再調用longjmp()函數的時(shí)候，通過(guò)設定longjmp()函數的第二個(gè)參數來(lái)設定它的返回值。

　　現在我們來(lái)分析上邊的代碼，在main()函數中，我們最初調用setjmp()函數的時(shí)候，把當前的環(huán)境信息保存在了buf中，函數返回0，然后往下運行，我們輸入0。通過(guò)if語(yǔ)句發(fā)現b的值為0那么就調用error_code()函數來(lái)進(jìn)行處理，在該函數中我們使用了longjmp()函數，其使用方式為longjmp(buf,1);，通過(guò)上面的講解，我們知道第一個(gè)參數的作用是用來(lái)得到最初調用setjmp()函數是的環(huán)境信息，以便在使用longjmp()函數的時(shí)候能夠正確的返回到setjmp()函數最初的調用處，而后面的參數表示的返回到setjmp()函數的時(shí)候的返回值。我們在此返回1，所以執行else部分的語(yǔ)句。

　　分析完了上面的代碼，讀者應該都知道了兩個(gè)函數的使用方法，值得注意的地方就是我們在setjmp與longjmp結合使用時(shí)，它們必須有嚴格的先后執行順序，先調用setjmp函數，之后再調用longjmp函數，以恢復到先前被保存的“程序執行點(diǎn)”。否則，假如在setjmp調用之前，執行longjmp函數，將導致程序的執行流變的不可猜測，很輕易導致程序崩潰而退出。為了加深讀者的對于兩個(gè)函數參數的使用，我們看看下面的代碼：

　　[cpp] view plaincopy#include

　　#include

　　#include

　　#include

　　jmp_buf buf;

　　void func1()

　　{

　　longjmp(buf,1);

　　}

　　void func2()

　　{

　　longjmp(buf,2);

　　}

　　void func3()

　　{

　　longjmp(buf,3);

　　}

　　int main( void )

　　{

　　int value;

　　char str[50];

　　value = setjmp( buf );

　　if( value == 0 )

　　{

　　func1();

　　}

　　switch( value )

　　{

　　case 1:

　　strcpy( str, "func1 return value" );

　　break;

　　case 2:

　　strcpy( str, "func2 return value" );

　　break;

　　case 3:

　　strcpy( str, "func3 return value" );

　　break;

　　default:

　　strcpy( str, "Other error value" );

　　break;

　　}

　　printf("%s:%dn",str,value);

　　if(1==value)

　　{

　　func2();

　　}

　　if(2==value)

　　{

　　func3();

　　}

　　return 0;

　　}

　　運行結果為：

　　[cpp] view plaincopyfunc1 return value:1

　　func2 return value:2

　　func3 return value:3

　　Press any key to continue

　　看看運行結果，我們分析下代碼，在每個(gè)函數中我們調用longjmp()函數，通過(guò)設置第二個(gè)參數為不同的值來(lái)改變setjmp()函數的返回值，然后我們通過(guò)判斷value值來(lái)打印出是那個(gè)函數的返回值，我們在此例舉這個(gè)簡(jiǎn)單的代碼是要大家加深對于這兩個(gè)函數的參數的使用情況。如果我們在上面的代碼中稍作修改，在setjmp()函數的調用之前調用longjmp()函數，我們發(fā)現此時(shí)沒(méi)有任何的輸出，程序直接崩潰掉退出了。

　　接下來(lái)我們來(lái)看看一個(gè)函數的使用，如果對于這個(gè)函數不理解的讀者，可以多看幾次我給出的模擬該函數的實(shí)現代碼。

　　頭文件： #include

　　功能：設置某一信號的對應動(dòng)作

　　函數原型：void (*signal(int signum,void(* handler)(int)))(int);

　　注意：第一個(gè)參數signum指明了所要處理的信號類(lèi)型，它可以取除了SIGKILL和SIGSTOP外的任何一種信號。

　　如果讀者是第一場(chǎng)接觸上面的函數的話(huà)可能有些不知道該如何著(zhù)手，一時(shí)間有些難以理解，不知道到底是什么意思。別急，我們現在來(lái)逐一分析它到底是什么意思，我們在講解之前再來(lái)看看它的另外一種表示方法。

　　typedef void(*sig_t) ( int );

　　sig_t signal(int signum,sig_t handler);

　　把上面的函數原型拆分為了如上兩行代碼，現在我們分析下上面的兩行代碼。

　　第一行代碼定義了一個(gè)函數指針(注：如果有對函數指針知識點(diǎn)不熟悉的讀者可以去閱讀我之前寫(xiě)的那篇文章《C語(yǔ)言的那些小秘密之函數指針》)，其類(lèi)型為含有一個(gè)int型參數，無(wú)返回值;

　　第二行代碼中，signal函數的返回值是一個(gè)函數指針，與第一行我們定義的類(lèi)型相同，第二個(gè)參數也為一個(gè)函數指針，其實(shí)signal的返回值就是第二個(gè)函數指針指向的函數地址。這樣說(shuō)可能有不少讀者都有些懵的感覺(jué)，還是老方法，代碼最有說(shuō)服力，我們還是為讀者模擬下signal的實(shí)現方式，呈現出一段代碼來(lái)分析下。

　　[cpp] view plaincopy#include

　　#include

　　typedef void (*pfun) ();

　　pfun signal_call(int a,pfun fdsa);

　　pfun signal_call(int a,pfun fdsa)

　　{

　　return fdsa;

　　}

　　void func()

　　{

　　printf("hello world!!!n");

　　}

　　int main()

　　{

　　pfun p = func;

　　signal_call(1,p)();

　　return 0;

　　}

　　運行結果為：

　　[cpp] view plaincopyhello world!!!

　　Press any key to continue

　　現在我們來(lái)分析下上面的代碼，我們采用上面的定義形式實(shí)現了如下兩行代碼：

　　typedef void (*pfun) ();

　　pfun signal_call(int a,pfun fdsa);

　　在接下來(lái)的main()函數中我們定義了一個(gè)函數指針p，使其指向了 func()函數，接下來(lái)我們使用了一句 signal_call(1,p)();代碼，實(shí)現了func函數調用，那么這到底是怎么實(shí)現的呢?那么我們來(lái)分析下，前面的signal_call(1,p)返回的是一個(gè)函數指針，在代碼中我們發(fā)現其實(shí)返回的就是p，所以signal_call(1,p)();就可以變形為p()，看到這種形式我們這就可以很清楚的看出，它調用的就是我們代碼中的func()函數了?，F在讀者明白了signal()函數的實(shí)現方法，接下來(lái)我們來(lái)看看一段使用signal捕捉除數為0時(shí)候的異常代碼。

　　[cpp] view plaincopy#include

　　#include

　　#include

　　#include

　　#include

　　#include

　　jmp_buf buf;

　　int err;

　　void handler( int num )

　　{

　　err = num;

　　printf( "發(fā)生浮點(diǎn)計算異常n");

　　longjmp( buf, 1);

　　}

　　int main( void )

　　{

　　double a, b;

　　char str[20];

　　int ret;

　　_control87( 0, _MCW_EM );

　　if( signal( SIGFPE, handler ) == SIG_ERR )

　　{

　　printf("綁定失敗n" );

　　abort();

　　}

　　ret = setjmp( buf );

　　if(0 == ret )

　　{

　　printf("請輸入被除數：");

　　scanf("%lf",&a);

　　printf("請輸入除數：");

　　scanf("%lf",&b);

　　printf( "a / b = %4.3gn", a/b);

　　printf("發(fā)生異常時(shí)候不會(huì )被執行的語(yǔ)句n");

　　}

　　return 0;

　　}

　　沒(méi)有發(fā)生異常時(shí)候的運行結果：

　　[cpp] view plaincopy請輸入被除數：123

　　請輸入除數：3

　　a / b = 41

　　發(fā)生異常時(shí)候不會(huì )被執行的語(yǔ)句

　　Press any key to continue

　　發(fā)生異常時(shí)候的運行結果：

　　[cpp] view plaincopy請輸入被除數：12

　　請輸入除數：0

　　發(fā)生浮點(diǎn)計算異常

　　Press any key to continue

　　現在來(lái)分析下上面的運行結果，先看看_control87( 0, _MCW_EM );這句，可能很多讀者對于這代碼比較陌生，它的功能是開(kāi)啟所有的浮點(diǎn)計算異常，通常情況下浮點(diǎn)計算異常是被屏蔽掉的，我們?yōu)榱四軌蚴沟媒酉聛?lái)的signal能夠捕捉到浮點(diǎn)計算異常，所以要將其開(kāi)啟。在往下看我們通過(guò)signal( SIGFPE, handler )來(lái)綁定了一個(gè)浮點(diǎn)計算異常處理函數，如果發(fā)生異常時(shí)，那么就調用handler()函數來(lái)處理。接下來(lái)通過(guò)ret = setjmp( buf );保存程序運行的環(huán)境信息，以便接下來(lái)的調用longjmp()函數能夠根據這個(gè)保存的信息返回該程序先前setjmp()函數的執行點(diǎn)。同時(shí)我們對比兩次運行的結果發(fā)現如果發(fā)現異常的時(shí)候接下來(lái)的打印語(yǔ)句“printf("發(fā)生異常時(shí)候不會(huì )被執行的語(yǔ)句n");”是不會(huì )被執行的，直接跳轉到我們綁定的handler()函數執行了，當然我們在此僅僅是例舉一些簡(jiǎn)單的代碼教會(huì )讀者學(xué)會(huì )使用setjmp()函數和longjmp()函數來(lái)實(shí)現異常處理，讀者完全可以在此基礎上編寫(xiě)出復雜的異常處理。

　　到這兒C語(yǔ)言的異常處理部分就結束了，由于本人水平有限，博客中的不妥或錯誤之處在所難免，殷切希望讀者批評指正。同時(shí)也歡迎讀者共同探討相關(guān)的內容，如果樂(lè )意交流的話(huà)請留下你寶貴的意見(jiàn)。