玩转setjmp与longjmp

不要忘记，前面我们得出过结论，C语言中提供的这种异常处理机制，与C++中的异常处理模型很相似。例如，可以定义出类似的try block（受到监控的代码）；catch block（异常错误的处理模块）；以及可以随时抛出的异常（throw语句）。所以说，我们可以通过一种非常有技巧的封装，来达到对setjmp和longjmp的使用方法（或者说语法规则），基本与C++中的语法一致。很有诱惑吧！

首先展示阿愚封装的在C语言环境中异常处理框架

　　1、首先是接口的头文件，主要采用“宏”技术！代码如下：

/*************************************************
* author: 王胜祥 *
* email: <mantx@21cn.com> *
* date: 2005-03-07 *
* version: *
* filename: ceh.h *
*************************************************/

/********************************************************************

This file is part of CEH(Exception Handling in C Language).

CEH is free software; you can redistribute it and/or modify
it under the terms of the GNU General Public License as published by
the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
(at your option) any later version.

CEH is distributed in the hope that it will be useful,
but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
GNU General Public License for more details.

　　注意：这个异常处理框架不支持线程安全，不能在多线程的程序环境下使用。
如果您想在多线程的程序中使用它，您可以自己试着来继续完善这个
框架模型。
*********************************************************************/

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <setjmp.h>
#include <stdlib.h>
#include <float.h>
#include <math.h>
#include <string.h>

////////////////////////////////////////////////////
/* 与异常有关的结构体定义 */
typedef struct _CEH_EXCEPTION {
int err_type; /* 异常类型 */
int err_code; /* 错误代码 */
char err_msg[80]; /* 错误信息 */
}CEH_EXCEPTION; /* 异常对象 */

typedef struct _CEH_ELEMENT {
jmp_buf exec_status;
CEH_EXCEPTION ex_info;

struct _CEH_ELEMENT* next;
} CEH_ELEMENT; /* 存储异常对象的链表元素 */
////////////////////////////////////////////////////

////////////////////////////////////////////////////
/* 内部接口定义，操纵维护链表数据结构 */
extern void CEH_push(CEH_ELEMENT* ceh_element);
extern CEH_ELEMENT* CEH_pop();
extern CEH_ELEMENT* CEH_top();
extern int CEH_isEmpty();
////////////////////////////////////////////////////

/* 以下是外部接口的定义 */
////////////////////////////////////////////////////
/* 抛出异常 */
extern void thrower(CEH_EXCEPTION* e);

/* 抛出异常 (throw)
a表示err_type
b表示err_code
c表示err_msg
*/
#define throw(a, b, c) \
{ \
CEH_EXCEPTION ex; \
memset(&ex, 0, sizeof(ex)); \
ex.err_type = a; \
ex.err_code = b; \
strncpy(ex.err_msg, c, sizeof(c)); \
thrower(&ex); \
}

/* 重新抛出原来的异常 (rethrow)*/
#define rethrow thrower(ceh_ex_info)
////////////////////////////////////////////////////

////////////////////////////////////////////////////
/* 定义try block（受到监控的代码）*/
#define try \
{ \
int ___ceh_b_catch_found, ___ceh_b_occur_exception; \
CEH_ELEMENT ___ceh_element; \
CEH_EXCEPTION* ceh_ex_info; \
memset(&___ceh_element, 0, sizeof(___ceh_element)); \
CEH_push(&___ceh_element); \
ceh_ex_info = &___ceh_element.ex_info; \
___ceh_b_catch_found = 0; \
if (!(___ceh_b_occur_exception=setjmp(___ceh_element.exec_status))) \
{

/* 定义catch block（异常错误的处理模块）
catch表示捕获所有类型的异常
*/
#define catch \
} \
else \
{ \
CEH_pop(); \
___ceh_b_catch_found = 1;

/* end_try表示前面定义的try block和catch block结束 */
#define end_try \
} \
{ \
/* 没有执行到任何的catch块中 */ \
if(!___ceh_b_catch_found) \
{ \
CEH_pop(); \
/* 出现了异常，但没有捕获到任何异常 */ \
if(___ceh_b_occur_exception) thrower(ceh_ex_info); \
} \
} \
}

/* 定义catch block（异常错误的处理模块）
catch_part表示捕获一定范围内的异常
*/
#define catch_part(i, j) \
} \
else if(ceh_ex_info->err_type>=i && ceh_ex_info->err_type<=j) \
{ \
CEH_pop(); \
___ceh_b_catch_found = 1;

/* 定义catch block（异常错误的处理模块）
catch_one表示只捕获一种类型的异常
*/
#define catch_one(i) \
} \
else if(ceh_ex_info->err_type==i) \
{ \
CEH_pop(); \
___ceh_b_catch_found = 1;
////////////////////////////////////////////////////

////////////////////////////////////////////////////
/* 其它可选的接口定义 */
extern void CEH_init();
////////////////////////////////////////////////////

2、另外还有一个简单的实现文件，主要实现功能封装。代码如下：

/*************************************************
* author: 王胜祥 *
* email: <mantx@21cn.com> *
* date: 2005-03-07 *
* version: *
* filename: ceh.c *
*************************************************/

/********************************************************************

This file is part of CEH(Exception Handling in C Language).

#include "ceh.h"

////////////////////////////////////////////////////
static CEH_ELEMENT* head = 0;

/* 把一个异常插入到链表头中 */
void CEH_push(CEH_ELEMENT* ceh_element)
{
if(head) ceh_element->next = head;
head = ceh_element;
}

/* 从链表头中，删除并返回一个异常 */
CEH_ELEMENT* CEH_pop()
{
CEH_ELEMENT* ret = 0;

ret = head;
head = head->next;

return ret;
}

/* 从链表头中，返回一个异常 */
CEH_ELEMENT* CEH_top()
{
return head;
}

/* 链表中是否有任何异常 */
int CEH_isEmpty()
{
return head==0;
}
////////////////////////////////////////////////////

////////////////////////////////////////////////////
/* 缺省的异常处理模块 */
static void CEH_uncaught_exception_handler(CEH_EXCEPTION *ceh_ex_info)
{
printf("捕获到一个未处理的异常，错误原因是：%s! err_type:%d err_code:%d\n",
ceh_ex_info->err_msg, ceh_ex_info->err_type, ceh_ex_info->err_code);
fprintf(stderr, "程序终止!\n");
fflush(stderr);
exit(EXIT_FAILURE);
}
////////////////////////////////////////////////////

////////////////////////////////////////////////////
/* 抛出异常 */
void thrower(CEH_EXCEPTION* e)
{
CEH_ELEMENT *se;

if (CEH_isEmpty()) CEH_uncaught_exception_handler(e);

se = CEH_top();
se->ex_info.err_type = e->err_type;
se->ex_info.err_code = e->err_code;
strncpy(se->ex_info.err_msg, e->err_msg, sizeof(se->ex_info.err_msg));

longjmp(se->exec_status, 1);
}
////////////////////////////////////////////////////

////////////////////////////////////////////////////
static void fphandler( int sig, int num )
{
_fpreset();

switch( num )
{
case _FPE_INVALID:
throw(-1, num, "Invalid number" );
case _FPE_OVERFLOW:
throw(-1, num, "Overflow" );
case _FPE_UNDERFLOW:
throw(-1, num, "Underflow" );
case _FPE_ZERODIVIDE:
throw(-1, num, "Divide by zero" );
default:
throw(-1, num, "Other floating point error" );
}
}

void CEH_init()
{
_control87( 0, _MCW_EM );

if( signal( SIGFPE, fphandler ) == SIG_ERR )
{
fprintf( stderr, "Couldn't set SIGFPE\n" );
abort();
}
}
////////////////////////////////////////////////////
　　体验上面设计出的异常处理框架
请花点时间仔细揣摩一下上面设计出的异常处理框架。呵呵！程序员朋友们，大家是不是发现它与C++提供的异常处理模型非常相似。例如，它提供的基本接口有 try、catch、以及throw等三条语句。还是先看个具体例子吧！以便验证一下这个C语言环境中异常处理框架是否真的比较好用。代码如下：

#include "ceh.h"

int main(void)
{
//定义try block块
try
{
int i,j;
printf("异常出现前\n\n");

// 抛出一个异常
// 其中第一个参数，表示异常类型；第二个参数表示错误代码
// 第三个参数表示错误信息
throw(9, 15, "出现某某异常");

printf("异常出现后\n\n");
}
//定义catch block块
catch
{
printf("catch块，被执行到\n");
printf("捕获到一个异常，错误原因是：%s! err_type:%d err_code:%d\n",
ceh_ex_info->err_msg, ceh_ex_info->err_type, ceh_ex_info->err_code);
}
// 这里稍有不同，需要定义一个表示当前的try block结束语句
// 它主要是清除相应的资源
end_try
}

　　注意，上面的测试程序可是C语言环境下的程序（文件的扩展名请使用.c结尾），虽然它看上去很像C++程序。请编译运行一下，发现它是不是运行结果如下：
异常出现前

catch块，被执行到

　　捕获到一个异常，错误原因是：出现某某异常! err_type:9 err_code:15

　　呵呵！程序的确是在按照我们预想的流程在执行。再次提醒，这可是C程序，但是它的异常处理却非常类似于C++中的风格，要知道，做到这一点其实非常地不容易。当然，上面异常对象的传递只是在一个函数的内部，同样，它也适用于多个嵌套函数间的异常传递，还是用代码验证一下吧！在上面的代码基础下，小小修改一点，代码如下：

#include "ceh.h"

void test1()
{
throw(0, 20, "hahaha");
}

void test()
{
test1();
}

int main(void)
{
try
{
int i,j;
printf("异常出现前\n\n");

// 注意，这个函数的内部会抛出一个异常。
test();

throw(9, 15, "出现某某异常");

printf("异常出现后\n\n");
}
catch
{
printf("catch块，被执行到\n");
printf("捕获到一个异常，错误原因是：%s! err_type:%d err_code:%d\n",
ceh_ex_info->err_msg, ceh_ex_info->err_type, ceh_ex_info->err_code);
}
end_try
}

　　同样，在上面程序中，test1()函数内抛出的异常，可以被上层main()函数中的catch block中捕获到。运行结果就不再给出了，大家可以自己编译运行一把，看看运行结果。
另外这个异常处理框架，与C++中的异常处理模型类似，它也支持try catch块的多层嵌套。很厉害吧！还是看演示代码吧！，如下：

#include "ceh.h"

int main(void)
{
// 外层的try catch块
try
{
// 内层的try catch块
try
{
throw(1, 15, "嵌套在try块中");
}
catch
{
printf("内层的catch块被执行\n");
printf("捕获到一个异常，错误原因是：%s! err_type:%d err_code:%d\n",
ceh_ex_info->err_msg, ceh_ex_info->err_type, ceh_ex_info->err_code);

printf("外层的catch块被执行\n");
}
end_try

throw(2, 30, "再抛一个异常");
}
catch
{
printf("外层的catch块被执行\n");
printf("捕获到一个异常，错误原因是：%s! err_type:%d err_code:%d\n",
ceh_ex_info->err_msg, ceh_ex_info->err_type, ceh_ex_info->err_code);
}
end_try
}

　　请编译运行一下，程序的运行结果如下：
　　内层的catch块被执行
　　捕获到一个异常，错误原因是：嵌套在try块中! err_type:1 err_code:15
　　外层的catch块被执行
　　捕获到一个异常，错误原因是：再抛一个异常! err_type:2 err_code:30

　　还有，这个异常处理框架也支持对异常的分类处理。这一点，也完全是模仿C++中的异常处理模型。不过，由于C语言中，不支持函数名重载，所以语法上略有不同，还是看演示代码吧！，如下：

#include "ceh.h"

int main(void)
{
try
{
int i,j;
printf("异常出现前\n\n");

throw(9, 15, "出现某某异常");

printf("异常出现后\n\n");
}
// 这里表示捕获异常类型从4到6的异常
catch_part(4, 6)
{
printf("catch_part(4, 6)块，被执行到\n");
printf("捕获到一个异常，错误原因是：%s! err_type:%d err_code:%d\n",
ceh_ex_info->err_msg, ceh_ex_info->err_type, ceh_ex_info->err_code);
}
// 这里表示捕获异常类型从9到10的异常
catch_part(9, 10)
{
printf("catch_part(9, 10)块，被执行到\n");
printf("捕获到一个异常，错误原因是：%s! err_type:%d err_code:%d\n",
ceh_ex_info->err_msg, ceh_ex_info->err_type, ceh_ex_info->err_code);
}
// 这里表示只捕获异常类型为1的异常
catch_one(1)
{
printf("catch_one(1)块，被执行到\n");
printf("捕获到一个异常，错误原因是：%s! err_type:%d err_code:%d\n",
ceh_ex_info->err_msg, ceh_ex_info->err_type, ceh_ex_info->err_code);
}
// 这里表示捕获所有类型的异常
catch
{
printf("catch块，被执行到\n");
printf("捕获到一个异常，错误原因是：%s! err_type:%d err_code:%d\n",
ceh_ex_info->err_msg, ceh_ex_info->err_type, ceh_ex_info->err_code);
}
end_try
}

　　请编译运行一下，程序的运行结果如下：
　　异常出现前

catch_part(9, 10)块，被执行到
　　捕获到一个异常，错误原因是：出现某某异常! err_type:9 err_code:15

　　与C++中的异常处理模型相似，它这里的对异常的分类处理不仅支持一维线性的；同样，它也支持分层的，也即在当前的try catch块中找不到相应的catch block，那么它将会到上一层的try catch块中继续寻找。演示代码如下：

#include "ceh.h"

int main(void)
{
try
{
try
{
throw(1, 15, "嵌套在try块中");
}
catch_part(4, 6)
{
printf("catch_part(4, 6)块，被执行到\n");
printf("捕获到一个异常，错误原因是：%s! err_type:%d err_code:%d\n",
ceh_ex_info->err_msg, ceh_ex_info->err_type, ceh_ex_info->err_code);
}
end_try

printf("这里将不会被执行到\n");
}
catch_part(2, 3)
{
printf("catch_part(2, 3)块，被执行到\n");
printf("捕获到一个异常，错误原因是：%s! err_type:%d err_code:%d\n",
ceh_ex_info->err_msg, ceh_ex_info->err_type, ceh_ex_info->err_code);
}
// 找到了对应的catch block
catch_one(1)
{
printf("catch_one(1)块，被执行到\n");
printf("捕获到一个异常，错误原因是：%s! err_type:%d err_code:%d\n",
ceh_ex_info->err_msg, ceh_ex_info->err_type, ceh_ex_info->err_code);
}
catch
{
printf("catch块，被执行到\n");
printf("捕获到一个异常，错误原因是：%s! err_type:%d err_code:%d\n",
ceh_ex_info->err_msg, ceh_ex_info->err_type, ceh_ex_info->err_code);
}
end_try

}

　　到目前为止，大家是不是已经觉得，这个主人公阿愚封装的在C语言环境中异常处理框架，已经与C++中的异常处理模型95%相似。无论是它的语法结构；还是所完成的功能；以及它使用上的灵活性等。下面我们来看一个各种情况综合的例子吧！代码如下：

#include "ceh.h"

void test1()
{
throw(0, 20, "hahaha");
}

void test()
{
test1();
}

int main(void)
{
try
{
test();
}
catch
{
printf("捕获到一个异常，错误原因是：%s! err_type:%d err_code:%d\n",
ceh_ex_info->err_msg, ceh_ex_info->err_type, ceh_ex_info->err_code);
}
end_try

try
{
try
{
throw(1, 15, "嵌套在try块中");
}
catch
{
printf("捕获到一个异常，错误原因是：%s! err_type:%d err_code:%d\n",
ceh_ex_info->err_msg, ceh_ex_info->err_type, ceh_ex_info->err_code);
}
end_try

throw(2, 30, "再抛一个异常");
}
catch
{
printf("捕获到一个异常，错误原因是：%s! err_type:%d err_code:%d\n",
ceh_ex_info->err_msg, ceh_ex_info->err_type, ceh_ex_info->err_code);

try
{
throw(0, 20, "嵌套在catch块中");
}
catch
{
printf("捕获到一个异常，错误原因是：%s! err_type:%d err_code:%d\n",
ceh_ex_info->err_msg, ceh_ex_info->err_type, ceh_ex_info->err_code);
}
end_try
}
end_try
}

　　请编译运行一下，程序的运行结果如下：
　　捕获到一个异常，错误原因是：hahaha! err_type:0 err_code:20
　　捕获到一个异常，错误原因是：嵌套在try块中! err_type:1 err_code:15
　　捕获到一个异常，错误原因是：再抛一个异常! err_type:2 err_code:30
　　捕获到一个异常，错误原因是：嵌套在catch块中! err_type:0 err_code:20

　　最后，为了体会到这个异常处理框架，更进一步与C++中的异常处理模型相似。那就是它还支持异常的重新抛出，以及系统中能捕获并处理程序中没有catch到的异常。看代码吧！如下：

#include "ceh.h"

void test1()
{
throw(0, 20, "hahaha");
}

void test()
{
test1();
}

int main(void)
{
// 这里表示程序中将捕获浮点数计算异常
CEH_init();

try
{
try
{
try
{
double i,j;
j = 0;
// 这里出现浮点数计算异常
i = 1/j ;

test();

throw(9, 15, "出现某某异常");
}
end_try
}
catch_part(4, 6)
{
printf("catch_part(4, 6)块，被执行到\n");
printf("捕获到一个异常，错误原因是：%s! err_type:%d err_code:%d\n",
ceh_ex_info->err_msg, ceh_ex_info->err_type, ceh_ex_info->err_code);
}
catch_part(2, 3)
{
printf("catch_part(2, 3)块，被执行到\n");
printf("捕获到一个异常，错误原因是：%s! err_type:%d err_code:%d\n",
ceh_ex_info->err_msg, ceh_ex_info->err_type, ceh_ex_info->err_code);
}
// 捕获到上面的异常
catch
{
printf("内层的catch块，被执行到\n");
printf("捕获到一个异常，错误原因是：%s! err_type:%d err_code:%d\n",
ceh_ex_info->err_msg, ceh_ex_info->err_type, ceh_ex_info->err_code);

// 这里再次把上面的异常重新抛出
rethrow;

printf("这里将不会被执行到\n");
}
end_try
}
catch_part(7, 9)
{
printf("catch_part(7, 9)块，被执行到\n");
printf("捕获到一个异常，错误原因是：%s! err_type:%d err_code:%d\n",
ceh_ex_info->err_msg, ceh_ex_info->err_type, ceh_ex_info->err_code);

throw(2, 15, "出现某某异常");
}
// 再次捕获到上面的异常
catch
{
printf("外层的catch块，被执行到\n");
printf("捕获到一个异常，错误原因是：%s! err_type:%d err_code:%d\n",
ceh_ex_info->err_msg, ceh_ex_info->err_type, ceh_ex_info->err_code);

// 最后又抛出了一个异常，
// 但是这个异常没有对应的catch block处理，所以系统中处理了
throw(2, 15, "出现某某异常");
}
end_try
}

　　请编译运行一下，程序的运行结果如下：
　　内层的catch块，被执行到
　　捕获到一个异常，错误原因是：Divide by zero! err_type:-1 err_code:131
　　外层的catch块，被执行到
　　捕获到一个异常，错误原因是：Divide by zero! err_type:-1 err_code:131
　　捕获到一个未处理的异常，错误原因是：出现某某异常! err_type:2 err_code:15
　　程序终止!

发表于 2005-12-13 20:21 牙刷阅读(165) 评论(0) 编辑收藏引用所属分类: 转载文章

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