为c语言实现异常处理机制（全）

xombat

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引子：
不管是在c++还是在java中，异常都被认为是一种很优雅的处理错误的机制，而如果想在c语言中使用异常就比较麻烦。但是我们仍然可以使用c语言中强大的setjmp和longjmp函数实现类似于c++的异常处理机制。

有关c语言中setjmp和longjmp的资料可以参考：
C语言中一种更优雅的异常处理机制：http://blog.csdn.net/hello_wyq/archive/2006/06/23/826312.aspx
全面了解setjmp与longjmp的使用：http://blog.csdn.net/hello_wyq/archive/2006/06/16/804040.aspx

基本原理
结合setjmp，将当前的环境变量打包为frame（定义的一个结构名）压到一个异常堆栈（自定义的结构体）中，如果程序段正常运行，将此frame弹出，而如果程序出错，将异常栈的顶部元素弹出，根据这个栈顶元素的frame中保存的环境变量，通过setjmp将环境恢复，然后执行某个错误处理函数，而如果没有相应错误处理函数，重新弹出新的栈顶元素，以跳到更外层的setjmp块进行处理。

主要代码分析
此异常机制的实现大量应用了宏，以实现c++和java中异常处理的语法效果。如何使用见下面的如何使用部分。
try部分,作用见注释：c 代码

//try的作用就是将一个包含环境变量env的except_frame压入Except_stack栈中。
//其中except_flag为setjmp的返回值，表示异常的状态
#define try do{ \
volatile int except_flag; \
Except_frame except_frame; \
except_frame.prev = Except_stack; \
Except_stack = &except_frame; \
except_flag = setjmp(except_frame.env); \
if (except_flag == EXCEPT_ENTERED) \
{

最重要的部分要数except_raise函数，检查异常是否被处理，如果未被处理，重新从异常栈中弹出新的frame,以跳到更外层的异常处理块。
catch(e)也是宏，检查当前的frame是否和这个catch块中的e对应，如果对应的话，执行下面的部分进行处理。

因为所有except_frame全部放在栈上，因此可以说这个except_stack利用了程序自动产生的stack机制，只要正确地改变Except_stack的值就可以了，不必再考虑分配的except_frame的释放问题，空间的分配释放全由程序自动生成的stack管理。

如何使用
使用这个异常机制的代码，如下

c 代码

try{
S;
}catch(e1){
S1;
}catch(e2){
S2;
}else_catch{
S3;
}end_try;

此相当于c++中的：

try{
S;
}catch(e1){
S1;
}catch(e2){
S2;
}catch(…){
S3;
}

当前实现的异常机制也支持finally语句，因此下面的代码：

c代码

try{
S;
}catch(e1){
S1;
}finally{
S2;
}end_try;

相当于java中的：

java 代码

try{
S;
}catch(e1except e1){
S1;
}finally
S2;

源代码

文件：exception.h

c 代码

#ifndef __EXCEPTION_H__
#define __EXCEPTION_H__
#include <stdio.h></stdio.h>
#include <setjmp.h></setjmp.h>
#include <assert.h></assert.h>
#define T Except_t
typedef struct Except_t{
char *reason;
}Except_t;
typedef struct Except_frame{
struct Except_frame *prev;
jmp_buf env;
const char *file;
int line;
const T* exception;
}Except_frame;
extern Except_frame *Except_stack; //全局变量
//异常的状态常量
enum {EXCEPT_ENTERED=0,EXCEPT_RAISED,
EXCEPT_HANDLED,EXCEPT_FINALIZED};
#define throw(e) except_raise(&(e),__FILE__,__LINE__)
#define rethrow except_raise(except_frame.exception,\
except_frame.file,except_frame.line)
void abort_without_exception(const Except_t *e,const char *file,int line);
//将栈顶元素从栈中弹出，重新抛出
void except_raise(const T *e,const char *file,int line);
//try的作用就是将一个包含环境变量env的except_frame压入Except_stack栈中。
//其中except_flag为setjmp的返回值，表示异常的状态
#define try do{ \
volatile int except_flag; \
Except_frame except_frame; \
except_frame.prev = Except_stack; \
Except_stack = &except_frame; \
except_flag = setjmp(except_frame.env); \
if (except_flag == EXCEPT_ENTERED) \
{
//如果和刚刚压入Except_stack中的except_frame对应的longjmp不发生，
//就将其从栈里面弹出来，而如果发生的话，就恢复这个环境变量所
//保存的环境，回到setjmp()的位置重新进行处理，这时候except_flag
//的值为EXCEPT_RAISED
#define catch(e) \
if(except_flag == EXCEPT_ENTERED) \
Except_stack = Except_stack->prev; \
}else if(except_frame.exception == &(e)){ \
except_flag = EXCEPT_HANDLED;
#define try_return \
switch(Except_stack = Except_stack->prev,0) \
default: return
#define catch_else \
if(except_flag == EXCEPT_ENTERED) \
Except_stack = Except_stack->prev; \
}else{ \
except_flag = EXCEPT_HANDLED;
//如果没有相关的处理函数，重新抛出
#define end_try \
if(except_flag == EXCEPT_ENTERED) \
Except_stack = Except_stack->prev; \
} \
if (except_flag == EXCEPT_RAISED) \
except_raise(except_frame.exception, \
except_frame.file,except_frame.line); \
}while(0)
#define finally \
if(except_flag == EXCEPT_ENTERED) \
Except_stack = Except_stack->prev; \
}{ \
if(except_flag == EXCEPT_ENTERED) \
except_flag = EXCEPT_FINALIZED;
#undef T
#endif

文件：exception.c

c 代码

#include "exception.h"
Except_frame *Except_stack = NULL;
void except_raise(const Except_t *e,const char *file,int line)
{
Except_frame *p = Except_stack;
assert(e);
if(p == NULL){
abort_without_exception(e,file,line);
}
p->exception = e;
p->file = file;
p->line = line;
Except_stack = Except_stack->prev;
longjmp(p->env,EXCEPT_RAISED);
}
void abort_without_exception(const Except_t *e,const char *file,int line)
{
fprintf(stderr,"Uncaught exception");
if(e->reason)
fprintf(stderr," %s",e->reason);
else
fprintf(stderr," at 0x%p",e);
if (file && line > 0)
fprintf(stderr, "raised at %s:%d\n",file,line);
fprintf(stderr,"aborting...\n");
fflush(stderr);
abort();
}

参考资料：<o:p></o:p>

《c语言接口与实现》 David R Hanson<o:p></o:p>

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2007-06-27 09:55
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评论(9)
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分类:编程语言
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9 楼 javaeye000 2007-07-24

xombat 写道

javaeye000 写道

用一个还要分配空间的结构变量表示抛出的异常也太麻烦了一点吧。

c++中的异常结构我还没去研究,不知道那是怎么处理的.
ls的想法是怎样的，不分配空间环境变量如何恢复？

不好意思，刚发现你的回复。我是指这个结构，里面的reason需要在抛出异常的地方给它分配空间，处理玩异常
之后再把它释放掉，这样也太麻烦了一点吧。

typedef struct Except_t{
char *reason;
}Except_t;

8 楼 javaeye000 2007-07-24

xombat 写道

javaeye000 写道

用一个还要分配空间的结构变量表示抛出的异常也太麻烦了一点吧。

c++中的异常结构我还没去研究,不知道那是怎么处理的.
ls的想法是怎样的，不分配空间环境变量如何恢复？

7 楼 xombat 2007-07-19

javaeye000 写道

用一个还要分配空间的结构变量表示抛出的异常也太麻烦了一点吧。

c++中的异常结构我还没去研究,不知道那是怎么处理的.
ls的想法是怎样的，不分配空间环境变量如何恢复？

6 楼 javaeye000 2007-07-19

用一个还要分配空间的结构变量表示抛出的异常也太麻烦了一点吧。

5 楼 mathgl 2007-07-01

可以看看 C interface and implimentation
里面的第四章专门说这个

4 楼 xombat 2007-06-29

比如嵌入式开发中由于开发环境不支持c++，只能使用c
开发底层东西，很多人都用c，环境所致你也得用c
---没有语言之争的意图

3 楼 zuowj 2007-06-29

为什么要在C语言里业实现异常呢？直接使用C＋＋不行么？

2 楼 xombat 2007-06-27

如果s语句中存在一个i++操作，很可能在异常抛出后，i仍然为原值，除非i声明的时候是volatile。

这种异常处理机制很脆弱，但在大多数情况下已经够用。

1 楼 jigsaw 2007-06-27

if the operating system provides a exception stack which is exposed to user space thru syscalls, it will be quite elegant and easy to implement try/catch in user space in a call-back way.

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