C语言中的异常处理

1 C语言中的异常处理

1.1 异常的概念

异常的概念：

• 程序在运行的过程中可能产生异常。
• 异常（Exception）与Bug的区别：
  • 异常是程序运行时可预料的执行分支。
  • Bug是程序中的错误，是不被预期的运行方式。

异常（Exception）和Bug的对比：
异常：

• 运行时产生除0的情况
• 需要打开的外部文件不存在
• 数组访问时越界

Bug：

• 使用野指针
• 堆数组使用结束未释放
• 选择排序无法处理长度为0的数组

1.2 C语言中经典的异常处理方式

C语言经典处理方式：if…else…

编程实验：异常处理代码

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

#define SUCCESS           0 
#define INVALID_POINTER   -1
#define INVALID_LENGTH    -2
#define INVALID_PARAMETER -3

int MemSet(void* dest, unsigned int length, unsigned char v)
{
    if( dest == NULL )
    {
        return INVALID_POINTER;
    }
    
    if( length < 4 )
    {
        return INVALID_LENGTH;
    }
    
    if( (v < 0) || (v > 9) )
    {
        return INVALID_PARAMETER;
    }
    
    unsigned char* p = (unsigned char*)dest;
    
    for(int i=0; i<length; i++)
    {
        p[i] = v;
    }
    
    return SUCCESS;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int ai[5];
    int ret = MemSet(ai, sizeof(ai), 0);
    
    if( ret == SUCCESS )
    {
    }
    else if( ret == INVALID_POINTER )
    {
    }
    else if( ret == INVALID_LENGTH )
    {
    }
    else if( ret == INVALID_PARAMETER )
    {
    }
    
    return ret;
}

编程实验：除法操作异常处理

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

double divide(double a, double b, int* valid)
{
    const double delta = 0.000000000000001;
    double ret = 0;
    
    if( !((-delta < b) && (b < delta)) )
    {
        ret = a / b;
        
        *valid = 1;
    }
    else
    {
        *valid = 0;
    }
    
    return ret;
}

int main(int argc, char *argv[])
{   
    int valid = 0;
    double r = divide(1, 0, &valid);
    
    if( valid )
    {
        cout << "r = " << r << endl;
    }
    else
    {
        cout << "Divided by zero..." << endl;
    }
    
    return 0;
}

上述异常处理方式的缺陷：

• divide函数有3个参数，难以理解其用法。
• divide函数调用后必须判断valid代表的结果。
  • 当valid为true时，运算结果正常。
  • 当valid为false时，运算过程出现异常。

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1.3 异常处理方式的优化

通过setjmp()和longjmp()进行优化：

• int setjmp(jmp_buf env)：将当前上下文保存在jmp_buf结构体中。
• void longjmp(jmp_buf env, int val):
  • 从jmp_buf结构体中恢复setjmp()保存的上下文。
  • 最终从setjmp函数调用点返回，返回值为val。

编程实验：除法操作异常处理优化

#include <iostream>
#include <string>
#include <csetjmp>

using namespace std;

static jmp_buf env;

double divide(double a, double b)
{
    const double delta = 0.000000000000001;
    double ret = 0;
    
    if( !((-delta < b) && (b < delta)) )
    {
        ret = a / b;
    }
    else
    {
        longjmp(env, 1);
    }
    
    return ret;
}

int main(int argc, char *argv[])
{   
    if( setjmp(env) == 0 )
    {
        double r = divide(1, 1);
        
        cout << "r = " << r << endl;
    }
    else
    {
        cout << "Divided by zero..." << endl;
    }
    
    return 0;
}

setjmp()和longjmp()的引入会带来如下缺陷：

• 必然涉及到使用全局变量。
• 暴力跳转导致代码可读性降低。
• 本质还是if…else…异常处理方式。

C语言中经典异常处理方式会使得程序逻辑中混入大量的处理异常的代码。正常逻辑代码和异常处理代码混合在一起，导致代码迅速膨胀，难以维护。

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参考资料：

1. C++深度解析教程