C語言異常處理機制怎么實現

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異常處理機制：setjmp()函數與longjmp()函數

　　C標準庫提供兩個特殊的函數：setjmp() 及 longjmp()，這兩個函數是結構化異常的基礎，正是利用這兩個函數的特性來實現異常。
所以，異常的處理過程可以描述為這樣：
首先設置一個跳轉點（setjmp() 函數可以實現這一功能），然后在其后的代碼中任意地方調用 longjmp() 跳轉回這個跳轉點上，以此來實現當發生異常時，轉到處理異常的程序上，在其后的介紹中將介紹如何實現。
setjmp() 為跳轉返回保存現場并為異常提供處理程序，longjmp() 則進行跳轉（拋出異常），setjmp() 與 longjmp() 可以在函數間進行跳轉，這就像一個全局的 goto 語句，可以跨函數跳轉。
舉個例子，程序在 main() 函數內使用 setjmp() 設置跳轉，并調用另一函數A，函數A內調用B，B拋出異常（調用longjmp() 函數），則程序直接跳回到 main() 函數內使用 setjmp() 的地方返回，并且返回一個值。

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jmp_buf 異常結構

使用 setjmp() 及 longjmp() 函數前，需要先認識一下 jmp_buf 異常結構。jmp_buf 將使用在 setjmp() 函數中，用于保存當前程序現場（保存當前需要用到的寄存器的值），jmp_buf 結構在 setjmp.h 文件內聲明：

typedef struct
{
unsigned j_sp; // 堆棧指針寄存器
unsigned j_ss; // 堆棧段
unsigned j_flag; // 標志寄存器
unsigned j_cs; // 代碼段
unsigned j_ip; // 指令指針寄存器
unsigned j_bp; // 基址指針
unsigned j_di; // 目的指針
unsigned j_es; // 附加段
unsigned j_si; // 源變址
unsigned j_ds; // 數據段
} jmp_buf;

jmp_buf 結構存放了程序當前寄存器的值，以確保使用 longjmp() 后可以跳回到該執行點上繼續執行。

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　　setjmp() 與 longjmp() 函數詳細說明

setjmp() 與 longjmp() 函數原型如下：

　　void _Cdecl longjmp(jmp_buf jmpb, int retval);

　　int _Cdecl setjmp(jmp_buf jmpb);

_Cdecl 聲明函數的參數使用標準C的進棧方式（由右向左）壓棧，_Cdecl 是C語言的一種調用約定，除此以外，PASCAL 也是調用約定之一。C標準調用約定（_Cdecl）所聲明的函數不自動清除堆棧，這一事務由調用者自行負責——這也是C可以支持不固定個數的參數的原因。此外，這一調用約定將在函數名前添加一個下劃線字符，如某一函數聲明為：

int cdecl DoSomething(void);

編譯時將自動為 DoSomething 加上下劃線前綴，即函數名變為：  _DoSomething。

setjmp() 與 longjmp() 函數都使用了 jmp_buf 結構作為形參，它們的調用關系是這樣的：

首先調用 setjmp() 函數來初始化 jmp_buf 結構變量 jmpb，將當前CPU中的大部分影響到程序執行的寄存器的值存入 jmpb，為 longjmp() 函數提供跳轉，setjmp() 函數是一個有趣的函數，它能返回兩次，它應該是所有庫函數中唯一一個能返回兩次的函數，第一次是初始化時，返回零，第二次遇到 longjmp() 函數調用后，longjmp() 函數使 setjmp() 函數發生第二次返回，返回值由 longjmp() 的第二個參數給出（整型，這時不應該再返回零）。

在使用 setjmp() 初始化 jmpb 后，可以其后的程序中任意地方使用 longjmp() 函數跳轉會 setjmp() 函數的位置，longjmp() 的第一個參數便是 setjmp() 初始化的 jmpb，若想跳轉回剛才設置的 setjmp() 處，則 longjmp() 函數的第一個參數是 setjmp() 所初始化的 jmpb 這個異常，這也說明一件事，即 jmpb 這個異常，一般需要定義為全局變量，否則，若是局部變量，當跨函數調用時就幾乎無法使用（除非每次遇到函數調用都將 jmpb 以參數傳遞，然而明顯地，是不值得這樣做的）；longjmp() 函數的第二個參數是傳給 setjmp() 的第二次返回值，這在介紹 setjmp() 函數時已經介紹過。

異常處理過程

先來對比（參考）一下 C++ 的異常處理，C++ 在語言層上便添加了異常處理機制，使用 try 塊來包含那些可能出現錯誤的代碼，你可以在 try 塊代碼中拋出異常，C++ 使用 throw 來拋出異常。拋出異常后，將轉到異常處理程序中執行，C++ 使用 catch 塊來包含那些處理異常的代碼，catch 塊可以接收不同類型的異常。需要說明的是，throw 一般不在 try 塊內的代碼中拋出異常，try 塊內的代碼調用了別的函數，如函數A，函數A 又調用了函數 B，throw 可以在函數B中拋出異常，或者更深的函數調用層，無論如何，只要有異常拋出，程序將轉到 catch 處執行。

C中如何實現，或者明確地說是模擬這一功能？

下面介紹的是一些簡單的方法。

現在假設 longjmp() 第二個值為1，即 setjmp() 第二次將返回1。我們使用一組簡單的宏來替代 setjmp() 和 longjmp() 以便使用：

首先定義一個全局的異常：

jmp_buf Jump_Buffer;

因為 setjmp() 第一次調用初始化后返回0，第二次返回非0，可以這樣定義一個宏使得它功能接近于 C++ 的 try。

#define try if(!setjmp(Jump_Buffer))

當 setjmp() 函數第一次0 時，取非為真，則執行 try 塊內的代碼，如：

try{

Test();

}

當因為調用 longjmp() 拋出異常而導致 setjmp() 第二次返回時（程序將會轉到 setjmp() 函數處返回，這時，這時應該執行的是異常處理代碼。longjmp() 使 setjmp() 函數返回非0，if(!setjmp(JumpBuffer)) 中將值取非則為假，是以，異常處理放在其后應該使用一個 else：

#define catch else

如此看起來便跟 C++ 相似了，setjmp() 函數的第二次返回導致 if() 中表達式值為假，剛好使 catch 塊得以執行，如：

try{

Test();

}catch{

puts("Error");

}

實現如 C++ 的 throw 語句，事實上以宏替換 longjmp(jmp_buf, int) 的調用：

#define throw longjmp(Jump_Buffer, 1)

下面的例程解釋如何使用這些宏：
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#include"stdio.h"
#include"conio.h"
#include"setjmp.h"
jmp_buf Jump_Buffer;
#define try if(!setjmp(Jump_Buffer))
#define catch else
#define throw longjmp(Jump_Buffer,1)
int Test(int T)
{
    if(T>100)
        throw;
    else
          puts("OK.");
    return 0;
}
int Test_T(int T)
{
    Test(T);
    return 0;
}
int main()
{
    int T;
    try{
          puts("Input a value:");
          scanf("%d",&T);
          T++;
          Test_T(T);
      } catch{
          puts("Input Error!");
      }
    getch();
    return 0;
}

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