分享一下在C程序設(shè)計(jì)當(dāng)中對(duì)異常的處理。主要是介紹一下goto和longjmp函數(shù)的使用。

在寫(xiě)程序的時(shí)候，有些地方很容易出錯(cuò)，當(dāng)然這種出錯(cuò)不是說(shuō)那種你寫(xiě)錯(cuò)了，而是說(shuō)比如硬件的初始化失敗了，或者資源暫時(shí)不可用等等導(dǎo)致函數(shù)返回異常。這種錯(cuò)是難以避免的，而且通常是非致命的，只要多嘗試幾次可能就可以了。比如之前我們寫(xiě)過(guò)網(wǎng)絡(luò)編程，要建立網(wǎng)絡(luò)通信，我們需要調(diào)用socket,bind,listen等等一系列函數(shù)，每個(gè)函數(shù)都有可能會(huì)出錯(cuò)。

但是你的程序怎么知道該怎么處理呢？程序出錯(cuò)了顯然是不能繼續(xù)往下執(zhí)行的，但是立即終止也不合適，因?yàn)檫@種錯(cuò)是非致命的，那么我們應(yīng)該怎么去設(shè)計(jì)一個(gè)比較健壯的程序呢？今天介紹的可以當(dāng)做是一種思路。

一、使用goto

說(shuō)到goto，可能很多人的第一反應(yīng)是不要用，但是問(wèn)他為什么他可能講不出來(lái)，因?yàn)槭莿e人告訴他的。goto真的不能用嗎？當(dāng)然不是，最有力的證明就是Linux內(nèi)核里面就有大量的goto語(yǔ)句。實(shí)際上，只要用的適當(dāng)，還是非常好用的，當(dāng)然我并不是說(shuō)程序里面goto滿(mǎn)天飛。

下面舉例說(shuō)明goto的應(yīng)用場(chǎng)景：

有時(shí)候我們完成一件事情要分為很多個(gè)步驟，每個(gè)步驟里面還可能占用一些資源，然而這些步驟很容易出錯(cuò)，如果其中某個(gè)步驟出錯(cuò)了，就不能繼續(xù)下一個(gè)步驟，也不能立即終止程序，因?yàn)檫@樣會(huì)使資源得不到釋放。那么使用goto就可以調(diào)出程序并且對(duì)資源進(jìn)行回收。

來(lái)看一段代碼：

#include 
#include 
char *p1=NULL,*p2=NULL,*p3=NULL;


int step1(void);
int step2(void);
int step3(void);


int main(int argc,char* argv[])
{
  if(step1()<0)
  {
    goto error1;
  }
  if(step2()<0)
  {
    goto error2;
  }
  if(step3()<0)
  {
    goto error3;
  }
error3:
  printf("釋放步驟3的資源\\n");
  free(p3);
error2:
  printf("釋放步驟2的資源\\n");
  free(p2);
error1:
  printf("釋放步驟1的資源\\n");
  free(p1);
  exit(0);
}




int step1(void)
{
  p1=(char*)malloc(10);
  return 0;
}


int step2(void)
{
  p2=(char*)malloc(10);
  return 0;
}


int step3(void)
{
  p3=(char*)malloc(10);
  return -1;
}

在這段代碼里面，假設(shè)完成一件事情一共有三個(gè)步驟，每個(gè)步驟里面都維護(hù)了一個(gè)指針變量（資源），假設(shè)步驟一和步驟二都是正常的，步驟三出了問(wèn)題，返回一個(gè)錯(cuò)誤的值，如果我們接收到步驟三的錯(cuò)誤返回值之后立即終止程序，那么步驟一和步驟二里申請(qǐng)的資源就得不到釋放，比如這里的指針會(huì)造成內(nèi)存泄漏，顯然不是我們希望看到的。

但是使用上面的這種結(jié)構(gòu)，如果在步驟二出錯(cuò)了，它會(huì)跳轉(zhuǎn)到error2這里先釋放步驟2申請(qǐng)的資源，再釋放步驟一 的資源，最后退出，其他的地方出錯(cuò)也是類(lèi)似處理。上面是一種代碼框架，實(shí)際寫(xiě)代碼應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況來(lái)處理異常。

我們來(lái)看一下效果：

以上就是goto在多個(gè)步驟容易出錯(cuò)時(shí)的一種處理。這里順便提一下goto的另外一種應(yīng)用場(chǎng)景，就是用來(lái)跳出多層循環(huán)。我們知道跳出循環(huán)一般使用break和continue，但是這個(gè)只能調(diào)出當(dāng)前循環(huán)，不能跳出多層循環(huán)，有時(shí)候在多層循環(huán)里面，一旦條件滿(mǎn)足，我們就不需要再執(zhí)行后面的循環(huán)了，使用goto可以解決這個(gè)問(wèn)題。

我們來(lái)看一下代碼：

#include 


int main(void)
{
  for(int i=0;i<2;i++)
  {
    for(int j=0;j<2;j++)
    {
      for(int k=0;k<2;k++)
      {
        if(k==1)
        {
          goto lable;
        }
lable2:        printf("i=%d,j=%d,k=%d\\n",i,j,k);
      }

    }
  }
lable:
  printf("after goto \\n");
//  goto lable2;
}

在這里有三層循環(huán)嵌套，一旦條件滿(mǎn)足，就通過(guò)goto跳出整個(gè)循環(huán)體，執(zhí)行后面的代碼。如果使用break ，就非常麻煩。

代碼的執(zhí)行結(jié)果是：

第一次k=0，正常打印，第二次，k=1，滿(mǎn)足條件，跳出循環(huán)，執(zhí)行后面的語(yǔ)句，打印出after goto.

當(dāng)然，問(wèn)題也快出來(lái)了，剛剛是上面跳到了下面，如果我們?cè)購(gòu)南旅嫣先?huì)怎么樣？我們打開(kāi)最后一行的注釋?zhuān)匦戮幾g執(zhí)行，會(huì)發(fā)現(xiàn)打印出幾百上千行的內(nèi)容：

代碼看起來(lái)好像不復(fù)雜，就是先跳下去，然后又跳回原來(lái)的后面，怎么會(huì)打印這么多東西呢？這就是使用goto不當(dāng)帶來(lái)的害處。這種交叉式地跳來(lái)跳去會(huì)使得程序結(jié)構(gòu)非常混亂，混亂到我也懶得去分析。

二、使用longjmp

剛剛講了goto的異常處理，但是goto有一個(gè)局限性，就是goto只能在一個(gè)函數(shù)內(nèi)進(jìn)行跳轉(zhuǎn)，不能跨越函數(shù)。

如果一個(gè)函數(shù)里嵌套了多個(gè)函數(shù)調(diào)用，而里層的函數(shù)出了錯(cuò)，希望跳轉(zhuǎn)到上一層或上幾層的函數(shù)，該怎么辦？顯然，goto是做不到的。這時(shí)可以使用longjmp函數(shù)。longjmp函數(shù)和setjmp函數(shù)配合使用。

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

先在程序容易出錯(cuò)的地方使用setjmp，定義一個(gè)入口，等到后面代碼真的出錯(cuò)之后使用longjmp跳轉(zhuǎn)到setjmp處。setjmp直接調(diào)用返回0，若從longjmp返回，則為非0.

舉個(gè)例子：

#include 
#include 


jmp_buf jmpbuffer;


int fun1(void);
int fun2(void);
int fun3(void);


int main(int argc,char* argv[])
{
  printf("這里是主函數(shù)\\n");
  if(setjmp(jmpbuffer)!=0)
  {
    printf("Error\\n");
  }
  fun1();          //假設(shè)fun1是一個(gè)容易出錯(cuò)的函數(shù)，出錯(cuò)后將返回上一步，然后再重新執(zhí)行。
  printf("這里是主函數(shù)調(diào)用fun1之后\\n");
  return 0;
}


int fun1(void)
{
  printf("這里是fun1\\n");
  fun2();
}


int fun2(void)
{
  printf("這里是fun2\\n");
  fun3();
}


int fun3(void)
{
  static int i=0;
  printf("這里是fun3\\n");
  if(i++==0)
  {
    longjmp(jmpbuffer,1);   //跳轉(zhuǎn)回main函數(shù)
  }
  return -1;
}

在這里，主函數(shù)調(diào)用了fun1函數(shù)，而fun1調(diào)用fun2，fun2又調(diào)用fun3.這種多層嵌套里面，每一層都可能出錯(cuò)。如果我們希望里面任何一層出錯(cuò)了，就返回main函數(shù)，那么用longjmp就可以實(shí)現(xiàn)。對(duì)上面程序進(jìn)行解釋?zhuān)?/p>

當(dāng)?shù)谝淮螆?zhí)行setjmp時(shí)，由于是直接調(diào)用，所以返回0，接著調(diào)用我們的功能函數(shù)fun1，假設(shè)fun3里面出錯(cuò)了，那么就會(huì)通過(guò)longjmp跳轉(zhuǎn)到setjmp處，同時(shí)攜帶一個(gè)返回值1，那么這時(shí)就會(huì)執(zhí)行if語(yǔ)句進(jìn)行錯(cuò)誤處理，接著再執(zhí)行fun1，也許此時(shí)就全部正常了，一直執(zhí)行到最后。（這是很正常的現(xiàn)象，正如開(kāi)頭說(shuō)的，像硬件初始化，申請(qǐng)資源等都可能不是一次成功的，需要重復(fù)多次）。

而且在多個(gè)地方都可以使用longjmp，攜帶不同的返回值，這樣根據(jù)setjmp的返回值也很容易確定問(wèn)題出在哪里。

來(lái)看一下效果：

使用longjmp還有一個(gè)問(wèn)題我們可能也需要關(guān)注一下，就是當(dāng)使用longjmp返回的時(shí)候，函數(shù)里的那些變量還能保持原來(lái)的值嗎？我們可以做一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這一點(diǎn)：

#include 
#include 
#include 


static void f1(int,int,int,int);
static void f2(void);


static jmp_buf jmpbuffer;
static int global;


int main(int argc,char* argv[])
{
  int autoval;
  register int regival;
  volatile int volaval;
  static int staval;
  global=1;autoval=2;regival=3;volaval=4;staval=5;
  if(setjmp(jmpbuffer)!=0)
  {
    printf("after longjmp:\\n");
    printf("global=%d,autoval=%d,regival=%d,volaval=%d,staval=%d\\n", \\
      global,autoval,regival,volaval,staval);
    exit(0);
  }
  global=10;autoval=20;regival=30;volaval=40;staval=50;
  f1(autoval,regival,volaval,staval);
  exit(0);
}


static void f1(int a,int b,int c,int d)
{
  printf("in f1():\\n");
  printf("global=%d,autoval=%d,regival=%d,volaval=%d,staval=%d\\n", \\
    global,a,b,c,d);
  f2();
}


static void f2(void)
{
  longjmp(jmpbuffer,1);
}

這里我們定義了很多種不同的變量，先對(duì)變量賦一個(gè)初值，然后改變變量的值，接著調(diào)用f1，在f1里打印各變量的值，f1再調(diào)用f2，f2使用longjmp跳轉(zhuǎn)回main函數(shù)，那么這時(shí)各變量的值如何？是剛開(kāi)始賦的初值，還是后面改變后的值呢？

我們編譯執(zhí)行一下：

可以發(fā)現(xiàn)使用register聲明的變量保持的是初值，而其他變量都是改變后的值。

如果編譯時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果又如何？

可以發(fā)現(xiàn)除了剛剛的register聲明的變量，普通局部變量（自動(dòng)變量）也沒(méi)有更新，而是保持了初值，這通常不是我們希望的，我們肯定是希望得到最新的值，這也是因?yàn)榫幾g優(yōu)化帶來(lái)的問(wèn)題。所以如果希望避免這個(gè)問(wèn)題，可以加上volatile來(lái)修飾。

以上就是今天要分享的內(nèi)容，主要是在C程序中，由多個(gè)步驟可能引發(fā)的錯(cuò)誤，或者是多層嵌套里面可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行處理，還要注意資源的回收等問(wèn)題。附帶講了亂用goto帶來(lái)的弊端，以及在函數(shù)間跳轉(zhuǎn)與返回時(shí)變量的值的改變，程序優(yōu)化帶來(lái)的影響等。