C/C++ 学习笔记八(断言与异常处理)

断言

断言是什么?简单而言,断言是对某种假设条件进行检查。

C语言中,在assert.h中,断言被定义为宏的形式(assert(expression)),而不是函数。

assert将通过检查表达式的值来决定是否需要终止程序,如果表达式为真(1)则忽略断言,程序继续运行。如果表达式为假(0),那么首先向错误流strerr打印一条错误信息,然后通过abort函数终止程序的运行。

断言用法的简单例子:

int a,b;
 a = 1;
 b = 1 ;
 assert(b!=0);
 printf("a/b = %d\n",a/b);

通过查看assert.h,NDEBUG宏打开状态时assert宏是可用的。 默认情况下,assert宏只有在Debug版本才起作用,而在Release版本中将被忽略。但在许多操作系统的C程序中,Release版本中也将NDEBUG宏依然为打开状态。

也便是说如果需要用到断言时,用户可以通过重定义自己的ASSERT。例子如下:

#ifdef DEBUG
#define ASSERT(condition) \
    do{ \
        if(condition) \
        {  \
            NULL; \
        } \
        else{ \
            assert(condition); \
        }     \
    }while(0)
#else
#define ASSERT(condition) NULL
#endif

避免使用断言去检查程序错误

在断言的使用中,应该遵循这样的一个规定:对来自系统内部的可靠数据使用断言,对于外部不可靠数据不能使用断言,而应该使用错误处理代码。

换句话而言,断言是用来处理不应该发生的非法情况,而对于可能发生的应该使用错误处理代码。

对于用户输入,与外部系统进行协议交互时的情况,也不能使用断言进行参数的判断,这种情况属于正常的错误检查。

下面的例子说明了断言的使用场景

char * Strdup(const char * src){
    assert(src!=NULL);

    char * result = NULL;
    size_t len = strlen(src) +1;
    result = (char *)malloc(len);

    assert(result != NULL);
    return result;
}

例子中第一个断言assert(src!=NULL)用于判断传入的参数的正确性,保证参数不为NULL 第二个断言assert(result != NULL)检查函数返回值是否为NULL。

例子中的两个断言,第一个是合法的,而第二个不合法,第一个合法是因为传入的参数必须不为NULL,断言如果成功,则说明调用代码存在问题,这属于非法的情况,此处属于断言的正确使用情况。

第二个断言则不同,malloc对于返回NULL的情况属于调用正常情况,这应该使用正常的错误处理逻辑,不应该使用断言。

避免在断言表达式中使用改变上下文的语句

在assert宏只有在Debug版本中情况下,应该避免断言表达式中使用改变环境的语句。

如下例子因为断言语句的缘故,将导致不同的编译版本产生不同的结果。

int test(int i)
{
    assert(i++);
    return i;
}

因此应该避免在断言表达式中使用改变上下文环境的语句,也就是确保断言仅仅作为一个检查而存在,不应该参与正常语句的处理。

异常处理

获取错误代码errno

error 是用于表达不同错误值的一个全局变量。如果一个系统调用或库函数调用失败,可以通过errno的值来确定问题所在。

因errno是一个全局变量,在调用不同系统调用或者库函数失败时都有可能修改它的值,因为在使用errno时,应先将其清0

    errno = 0;

    FILE *fp = fopen("test.txt", "r");
    if (fp == NULL) {

        if (errno!=0) {
            printf("error : %d \n",errno);
            printf("错误信息 : %s \n",strerror(errno));
        }

    }

但errno并不是所有的库函数都适合使用,就error而言库函数一般分为如下几种。

1.函数返回值无法判断错误,需进一步从errno中获取错误信息

函数

返回值

errno值

fgetwc、fputwc

WEOF

EILSEQ

strtol、wcstol

LONG_MIN或LONG_MAX

ERANGE

strtoll、wcstoll

LLONG_MIN或LLONG_MAX

ERANGE

strtoul、wcstoul

ULONG_MAX

ERANGE

strtoull、wcstoull

ULLONG_MAX

ERANGE

strtoumax、wcstoumax

UINTLLONG_MAX

ERANGE

strtod、wcstod

0或者+-HUGE_VAL

ERANGE

strtof、wcstof

0或者+-HUGE_VALF

ERANGE

strtold、wcstold

0或者+-HUGE_VALL

ERANGE

strtoimax、wcstoimax

IMAX_MIN或INTMAX_MAX

ERANGE

以字符串转成长整型函数strtol为例, 在64位机器下,long长度为8字节,最大值LONG_MAX 为 0x7fffffffffffffff,当变量longStr 取超出长整型最大值的字符串”0xffffffffffffffff”和刚好等于最大值的字符串”0x7fffffffffffffff”时,函数的返回值都为相同的LONG_MAX。此时金聪返回值是无法判断函数的执行的成功与否。这个时要判断errno的值。如下例中,会打印出错误的信息。

    errno =0;

    //LONG_MAX的最大值为0x7fffffffffffffff
    const char * longStr = "0xffffffffffffffff";
    long ret = strtol(longStr,NULL,16);
    if (ret == LONG_MAX) {
        if (errno!=0) {
            printf("error : %d \n",errno);
            printf("错误信息 : %s \n",strerror(errno));
        }else{
            printf("等于long的最大值\n");
        }
    }

2.函数返回值可知错误,errno可知更详细的错误

函数

返回值

errno值

ftell()

-1L

positive

fgetpos()、fsetpos()

nonzero

positive

mbrtowc()、mbsrtowcs()

(size_t)(-1)

EILSEQ

signal()

SIG_ERR

positive

wcrtomb()、wcsrtombs

(size_t)(-1)

EILSEQ

mbrtoc16()、mbrtoc32()

(size_t)(-1)

EILSEQ

c16rtomb()、cr21rtomb

(size_t)(-1)

EILSEQ

3.有不同标准文档的库函数

有些函数在不同的标准下对errno有不同的定义,例如fopen中便是一个例子。C99并没有对使用fopen是对errno做要求,但POSIX.1却声明了错误时返回NULL,并将错误码写入errno。

避免使用goto语句

goto语句有很多优点,例如goto语句可以非常方便的在局部作用域中跳出多层循环,执行如无条件的跳转。 但正因为goto语句可以灵活的跳转,如果不加以限制它会破坏程序的结构化风格,使得代码难以理解与测试,同时不加限制的使用goto语句可能跳过变量的初始化、重要的计算等语句。

以下例子在a小于0或者a小于等于100时会使用goto跳转到标记为Error的语句中。

注意goto只能在局部作用域中跳转。

void testGoto(int a)
{
    if (a>0) {
        if (a>100) {
            printf(" a = %d \n",a);
        }else{
            goto Error;
        }
    }else{
        goto Error;
    }
Error:
    printf("Test Error a = %d \n",a);
}

避免使用setjmp与longjmp

相比与goto语句只能在局部作用域中跳转,setjump与longjmp可以进行跨作用域跳转,也就是跨函数跳转。

我们知道函数调用都以函数栈的形式进行调用与退出,既然要做到跨函数跳转,那便需要对当前的函数栈进行保存与还原,而setjmp的作用便是保存当前函数栈至类型jmp_buf结构体变量中,而longjmp的作用便是从此结构体中恢复,还原函数栈。

而相对于goto仅在作用域内跳转,setjmp和longjmp则使代码更加的难以维护以及可读。

小结

  1. C语言中,使用函数的返回值来标志函数是否执行成功(默认成功返回1,失败返回0)当使用接口时,必须对函数进行正确性的验证,检查它的返回值,并且对每个错误的返回值进行相应的处理以及提示。
  2. 同样的道理,如果作为接口的开发方,需要对函数的各种情况反映到返回值中。
  3. 编写代码是,无论使用什么样的错误处理方式,发现程序中错误最好的方法便是执行程序,让数据在函数中流动,在判断逻辑中查找到函数出错的地方。

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