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post	异常处理实现	2018-10-10 20:00:05 +0800	系统

In Short

现在较高级的编程语言都有异常处理机制（try-catch-finally），下面探讨一下异常处理实现方法，本文说说 C 语言的异常处理机制。没错，C 语言也有异常处理机制。

Main

C++ 中的异常处理机制（并没有 finally 区块）：

try {
    throw exception();
} catch (const exception &e) {
    // exception handler
} catch(const other_exception &e) {
    // exception handler
}

下面介绍如何使用 C 代码实现类似异常处理机制。

我们都知道 C 中支持 goto 语句，但是 goto 只能够在本方法内实现跳转，因为跨方法的 goto 需要保存、恢复寄存器、栈指针、PC 等信息。C 中还有两个函数 setjmp / longjmp，他们可以支持跨函数的跳转，setjmp 调用一次，可返回多次，由于降低程序的可读性，setjmp / goto 都不被推荐使用。

先看一段小 demo：

#include <setjmp.h>
#include <stdio.h>

void fn();

jmp_buf A;

int main() {
    switch (setjmp(A)) {
        case 0:
            // first call normally return 0
            fn();
            break;
        case 1:
            // exception 1
            printf("1\n");
            break;
        case 2:
            // exception 2
            printf("2\n");
            break;
        default:
            // default handler
            printf("default\n");
            break;
    }
    {
        // finally
        printf("finally\n");
    }
    return 0;
}

void fn() {
    int input;
    scanf("%d", &input);
    longjmp(A, input);
}

setjump 将当前栈的信息保存（save stack context，信息包括当前栈指针、PC）。在第一次调用 setjump(A) 时，将当前栈信息保存在 A 中，然后返回 0。下次调用 longjmp(A, input)，将会跳回到 setjmp(A) 代码处，setjump(A) 返回 input，如果 input == 0，则返回 1，只允许第一次返回 0。

假如在 fn() 函数中，遇到异常情况，则调用 longjmp 调转到具体的异常处理函数中，需要给每一个异常定义一个编号（1\2\3）。如果没异常发生，不调用 longjmp，让 fn 正常返回，那么就不会触发异常处理。

相当于我们自己实现了 try-catch，注意，C++ 并不需要支持 finally 语句，因为 finally 语句块一定会被执行的，在真实编码中 finally 多用于资源的释放，C++ 的资源管理机制是 RAII，也就是通过构造哈数和析构函数来管理资源，在当前 scope 结束时，会调用对象的析构函数，可以理解为 C++ 在代码编译中进行了埋点。

setjmp 尽量只用作 switch 语句的选择，不然会产生令人费解的行为，比如以下代码：

#include <setjmp.h>
#include <stdio.h>

void fn();

jmp_buf A;

int main() {
    int ret = setjmp(A);
    printf("%d\n", ret);
    fn();
    return 0;
}

void fn() {
    int input;
    scanf("%d", &input);
    longjmp(A, input);
}

这段代码会是一个无限循环，即使没有显示的 while / for 循环语句，会在标准输出流输出标准输入流的内容。同样 goto 也可以实现循环，goto 相当于无条件循环，映射为汇编语言的 jmp 指令，其实 while / for / if 编译为汇编代码后都会被转化为跳转指令。

编码时有异常跨越函数捕获的需求，在函数 B 中抛出的异常，在函数 A 中捕获，或异常一直到 main 函数没有被捕获就会导致整个程序退出，这又是如何实现的呢？

每一类异常定义唯一的 id 标识，每一个 try 块都对应一个 jmp_buf，每一个 catch 块都对应一个 switch 中的一个 case，如果所有 case 都没命中，那么跳转到 default，default 继续往上抛出异常。在函数的调用栈中维护一个有异常处理（try-catch）的块的 jmp_buf，那么 default 只需要找到栈顶 jmp_buf，然后调用 longjmp(stack_top_jmp_buf, exception_id) 即可甩锅给调用栈中更上层的 try-catch 块处理。

End

在 C++ 编程语言中尽可能使用 try-catch 语言级别的异常处理机制代替 setjmp / longjmp，因为 C++ 对象有析构函数，调用 longjmp 会导致析构函数无法被调用，会造成资源泄露。如果存在上述情况，编译器不允许这种行为发生，会报错（不信试试）。

了解高级语言中的异常处理机制对真实开发帮助不大，但是对于了解整个系统很有帮助，就像学习 Java 的同学会去了解 JVM 的垃圾回收机制，知其所以然。