1.7.出错处理(Error Handling)

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本文详细介绍了UNIX系统中错误处理的基本原则，包括errno的作用及其在多线程环境下的实现方式，如何使用strerror和perror函数打印错误信息，以及错误恢复的技术。

1.7.出错处理(Error Handling)
当UNIX函数出错时，通常返回一个负值，并且整数errno通常设置为具有附加信息意义的一个值。(unbuffered I/O functions:open,read,write,lseek和close发生错误的时候都是返回-1并设置errno)例如，open函数如成功执行则返回一个非负文件描述符，如出错则返回－1。在open出错时，有大约1 5种不同的errno值(比如文件不存在，权限问题等)。某些函数并不返回负值而是使用另一种约定。例如，返回一个指向对象的指针的大多数函数(functions that return a pointer to an object)，在出错时，将返回一个null指针来表示出错。

头文件<errno.h>中定义了符号errno以及可以赋与它的各种常量。这些常量都以E开头，另外，UNIX系统手册第2section的第1page，intro(2)列出了所有这些出错常量。例如，若errno等于常量EACCES，这表示产生了权限问题(例如，没有打开所要求文件的权限)。
在Linux里，这些出错常量(error constants)列在errno(3) manual page里。(man 3 errno)
POSIX和ISO C定义errno为一个符号expanding into a modifiable lvalue of type integer.这或者是一个包含错误号(error number)的整数，或者是一个返回一个指向错误号的指针的函数。一直以来的定义是：
extern int errno; //integer
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
/usr/include/errno.h

/* Declare the `errno' variable, unless it's defined as a macro by
   bits/errno.h. This is the case in GNU, where it is a per-thread
   variable. This redeclaration using the macro still works, but it
   will be a function declaration without a prototype and may trigger
   a -Wstrict-prototypes warning. */
#ifndef errno
extern int errno;
#endif
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
但是在一个支持线程的环境里，因为一个进程的地址空间(process address space)被该进程内的多线程共享，所以每个线程都需要它自己的errno的本地拷贝(its own local copy of errno)，以防止线程之间的干扰。例如，linux通过把errno定义成
extern int *_ _errno_location(void);                //function
#define errno (*_ _errno_location())
来支持多线程对errno的存取。

对于errno应当知道两条规则(rules)。第一条规则是：如果没有出错，则其值绝不会被一个例程(routine)清除。(即下一次出错之前，errno一直是上一次出错后被设的值)因此，仅当函数的返回值指明出错时，才检查其值。第二条是：任一函数都不会将errno值设置为0，在<errno.h>中定义的所有常量值都不为0。
C标准定义了两个函数，它们帮助打印出错信息。
#include <string.h>
char *strerror(int errnum);
Returns: pointer to message string
此函数将参数errnum(它通常就是errno值)映射为一个出错信息字符串，并且返回指向此字符串的指针。

#include <stdio.h>
void perror(const char *msg);
perror函数在标准出错(standard error)上产生一行出错消息(基于errno的当前值)，然后返回。它首先输出由参数msg指向的字符串，然后是一个冒号，一个空格，然后是对应于errno值的出错信息，然后是一个新行符。(输出行格式:*msg: 出错信息)
---------------------------------------
perror不需要指定errno，它就是针对最近的errno值进行map并输出（如figure1.8那样直接对errno进行赋值也可接收），并且通过msg可以添加一些自己的输出。
strerror返回的是char*，还需要借助如cout,fprintf将其输出，并且需要指定errno值。
---------------------------------------
Example
程序figure1.8显示了这两个出错函数的使用方法。
If this program is compiled into the file a.out, we have

   $ ./a.out
   EACCES: Permission denied
   ./a.out: No such file or directory

Figure 1.8. Demonstrate strerror and perror
#include "apue.h"
#include <errno.h>

int
main(int argc, char *argv[])
{
    fprintf(stderr, "EACCES: %s/n", strerror(EACCES));
    errno = ENOENT;
    perror(argv[0]);
    exit(0);
}
注意：我们将程序名(argv[0]，其值是a.out)作为参数传递给perror。这是一个UNIX系统中的标准惯例(standard convention in the UNIX System)。使用这种方法，如程序作为管道线的一部分执行(executed as part of a pipeline)，如：
prog1 < inputfile | prog2 | prog3 > outputfile
则我们就能分清三个程序中的哪一个产生了一条特定的出错消息。(良好的编程习惯)
------------------------------------------
根据figure1.8自己写的error.cpp
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <iostream>
using namespace std;

int
main(int argc, char *argv[])
{
cout<<strerror(EACCES)<<endl;

        int fd = open("text",O_RDONLY);
        cout<<fd<<endl;
        char *msg = "NOTE";
        perror(msg);

        errno = EEXIST;
        perror(argv[0]);
        exit(0);
}

[lizl@hydra04 code]$ ./errno.out
Permission denied *与EACCES对应的string
-1
NOTE: No such file or directory *text不存在时
./errno.out: File exists *直接赋值errno时
[lizl@hydra04 code]$
------------------------------------------

错误恢复(Error Recovery)
定义在头文件<errno.h>中的所有错误（错误常量？）可以被分为两大类：致命的和非致命的(fatal and nonfatal)。一个致命的错误没有恢复行为(has no recovery action)。在这种情况下，我们所能做的就是向用户的屏幕打印一条出错信息或者将出错信息写入log文件，然后就退出。与之对应的，非致命的错误有时被粗鲁地处理对待(can sometimes be dealt with more robustly)。大部分非致命错误本质上是暂时的，比如资源短缺(resource shortage)在系统中活动比较少的情况下可能就不会发生。
与资源相关的非致命错误包括EAGAIN, ENFILE, ENOBUFS, ENOLCK, ENOSPC, ENOSR, EWOULDBLOCK,有时候当ENOMEM. EBUSY表示一个共享资源正在使用时，它们也可以看成是非致命错误(treated as a nonfatal error)。有时，当EINTR中断了一个慢的系统调用(interrupts a slow system call)时，它也可以看成是一个非致命错误。(more on this in Section 10.5).
对一个与资源相关的非致命错误的典型的恢复行为(typical recovery action for a resource-related nonfatal error)是等一段时间再重试(delay a little and try again later)。这项技术也能够应用在其它环境(circumstances)。比如出现一个错误提示一个网络连接不再有效，那么该应用程序的解决办法可能是等一小段时间然后重新建立连接。一些应用程序使用一个指数后退算法(exponential backoff algorithm)，每次反复都等待一段更长的时间(waiting a longer period of time each iteration)。
最后，由应用程序的开发者决定哪个错误是可恢复的。如果能够用一个合理的策略来从一个错误中恢复(recover from an error)，那么我们就能避免异常退出而改善我们程序的健壮性。