C语言中一种优雅的异常处理机制

// 注意，下面这条语句的作用是，保存程序当前运行的状态
jmpret = setjmp( mark );
if( jmpret == 0 )
{
printf( "Test for invalid operation - " );
printf( "enter two numbers: " );
scanf( "%lf %lf", &n1, &n2 );

// 注意，下面这条语句可能出现异常，
// 如果从终端输入的第2个变量是0值的话
r = n1 / n2;
/* This won't be reached if error occurs. */
printf( "\n\n%4.3g / %4.3g = %4.3g\n", n1, n2, r );

r = n1 * n2;
/* This won't be reached if error occurs. */
printf( "\n\n%4.3g * %4.3g = %4.3g\n", n1, n2, r );
}
else
fpcheck();
}
/* fphandler handles SIGFPE (floating-point error) interrupt. Note
* that this prototype accepts two arguments and that the
* prototype for signal in the run-time library expects a signal
* handler to have only one argument.
*
* The second argument in this signal handler allows processing of
* _FPE_INVALID, _FPE_OVERFLOW, _FPE_UNDERFLOW, and
* _FPE_ZERODIVIDE, all of which are Microsoft-specific symbols
* that augment the information provided by SIGFPE. The compiler
* will generate a warning, which is harmless and expected.

*/
void fphandler( int sig, int num )
{
/* Set global for outside check since we don't want
* to do I/O in the handler.
*/
fperr = num;
/* Initialize floating-point package. */
_fpreset();
/* Restore calling environment and jump back to setjmp. Return
* -1 so that setjmp will return false for conditional test.
*/
// 注意，下面这条语句的作用是，恢复先前setjmp所保存的程序状态
longjmp( mark, -1 );
}
void fpcheck( void )
{
char fpstr[30];
switch( fperr )
{
case _FPE_INVALID:
strcpy( fpstr, "Invalid number" );
break;
case _FPE_OVERFLOW:
strcpy( fpstr, "Overflow" );

break;
case _FPE_UNDERFLOW:
strcpy( fpstr, "Underflow" );
break;
case _FPE_ZERODIVIDE:
strcpy( fpstr, "Divide by zero" );
break;
default:
strcpy( fpstr, "Other floating point error" );
break;
}
printf( "Error %d: %s\n", fperr, fpstr );
}

程序的运行结果如下：
Test for invalid operation - enter two numbers: 1 2

1 / 2 = 0.5

1 * 2 = 2

　　上面的程序运行结果正常。另外程序的运行结果还有一种情况，如下：
Test for invalid operation - enter two numbers: 1 0
Error 131: Divide by zero

　　呵呵！程序运行过程中出现了异常（被0除），并且这种异常被程序预先定义的异常处理模块所捕获了。厉害吧！可千万别轻视，这可以C语言编写的程序。

分析setjmp和longjmp

　　现在，来分析上面的程序的执行过程。当然，这里主要分析在异常出现的情况下，程序运行的控制转移流程。由于文章篇幅有限，分析时，我们简化不相关的代码，这样更也易理解控制流的执行过程。如下图所示。

　　呵呵！现在是否对程序的执行流程一目了然，其中最关键的就是setjjmp和longjmp函数的调用处理。我们分别来分析之。

　　当程序运行到第②步时，调用setjmp函数，这个函数会保存程序当前运行的一些状态信息，主要是一些系统寄存器的值，如ss，cs，eip，eax，ebx，ecx，edx，eflags等寄存器，其中尤其重要的是eip的值，因为它相当于保存了一个程序运行的执行点。这些信息被保存到mark变量中，这是一个C标准库中所定义的特殊结构体类型的变量。

　　调用setjmp函数保存程序状态之后，该函数返回0值，于是接下来程序执行到第③步和第④步中。在第④步中语句执行时，如果变量n2为0值，于是便引发了一个浮点数计算异常，，导致控制流转入fphandler函数中，也即进入到第⑤步。

　　然后运行到第⑥步，调用longjmp函数，这个函数内部会从先前的setjmp所保存的程序状态，也即mark变量中，来恢复到以前的系统寄存器的值。于是便进入到了第⑦步，注意，这非常有点意思，实际上，通过longjmp函数的调用后，程序控制流（尤其是eip的值）再次戏剧性地进入到了setjmp函数的处理内部中，但是这一次setjmp返回的值是longjmp函数调用时，所传入的第2个参数，也即-1，因此程序接下来进入到了第⑧步的执行之中。

总结

　　与goto语句不同，在C语言中，setjmp()与longjmp()的组合调用，为程序员提供了一种更优雅的异常处理机制。它具有如下特点：

　　 （1） goto只能实现本地跳转，而setjmp()与longjmp()的组合运用，能有效的实现程序控制流的非本地（远程）跳转；

　　 （2） 与goto语句不同，setjmp()与longjmp()的组合运用，提供了真正意义上的异常处理机制。例如，它能有效定义受监控保护的模块区域（类似于C++中try关键字所定义的区域）；同时它也能有效地定义异常处理模块（类似于C++中catch关键字所定义的区域）；还有，它能在程序执行过程中，通过longjmp函数的调用，方便地抛出异常（类似于C++中throw关键字）。

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