编辑“︁C 语言异常处理模拟”︁（章节）

= C语言异常处理模拟 =

== 介绍 ==  
在C语言中，并没有像Java或Python那样的内置异常处理机制（如`try-catch`块）。然而，开发者可以通过返回值、全局变量、`setjmp`/`longjmp`等方式模拟异常处理。本章将详细介绍这些方法，帮助初学者和进阶程序员理解如何在C语言中实现类似异常处理的功能。

== 异常处理模拟方法 ==  

=== 1. 返回值检查 ===  
最常见的异常处理模拟方式是检查函数返回值。函数通过返回特定值（如`-1`、`NULL`）表示错误状态，调用者需主动检查并处理。

<syntaxhighlight lang="c">
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int divide(int a, int b, int *result) {
    if (b == 0) {
        return -1; // 模拟异常
    }
    *result = a / b;
    return 0; // 成功
}

int main() {
    int result;
    if (divide(10, 0, &result) {
        printf("Error: Division by zero!\n");
    } else {
        printf("Result: %d\n", result);
    }
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

'''输出：'''  
<pre>
Error: Division by zero!
</pre>

'''解释：'''  
- `divide`函数返回`-1`表示错误，`0`表示成功。  
- 调用者需检查返回值并处理错误。

=== 2. 全局变量（errno） ===  
C标准库使用全局变量`errno`（定义于`<errno.h>`）存储错误码。例如，`fopen`失败时会设置`errno`。

<syntaxhighlight lang="c">
#include <stdio.h>
#include <errno.h>

int main() {
    FILE *file = fopen("nonexistent.txt", "r");
    if (file == NULL) {
        perror("Error opening file"); // 输出: "Error opening file: No such file or directory"
    }
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

'''解释：'''  
- `perror`函数根据`errno`输出描述性错误信息。

=== 3. setjmp/longjmp ===  
`<setjmp.h>`提供非局部跳转功能，可模拟`try-catch`行为。

<syntaxhighlight lang="c">
#include <stdio.h>
#include <setjmp.h>

jmp_buf jump_buffer;

void risky_function(int x) {
    if (x < 0) {
        longjmp(jump_buffer, 1); // 跳转到setjmp处，并返回1
    }
    printf("Safe operation: %d\n", x);
}

int main() {
    if (setjmp(jump_buffer) {
        printf("Caught an exception!\n");
    } else {
        risky_function(-1); // 触发异常
    }
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

'''输出：'''  
<pre>
Caught an exception!
</pre>

'''解释：'''  
- `setjmp`保存当前执行环境，`longjmp`跳转回该环境。  
- 适用于深层嵌套错误处理，但需谨慎使用（可能绕过资源释放）。

== 实际应用案例 ==  

=== 文件操作错误处理 ===  
以下代码结合返回值和`errno`处理文件读写错误：

<syntaxhighlight lang="c">
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>

int read_file(const char *filename) {
    FILE *file = fopen(filename, "r");
    if (!file) {
        return errno; // 返回错误码
    }

    char buffer[100];
    while (fgets(buffer, sizeof(buffer), file)) {
        printf("%s", buffer);
    }

    fclose(file);
    return 0;
}

int main() {
    int status = read_file("missing.txt");
    if (status) {
        fprintf(stderr, "Error: %s\n", strerror(status));
    }
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

== 对比与总结 ==  

{| class="wikitable"
|+ 异常处理模拟方法对比
! 方法 !! 优点 !! 缺点
|-
| 返回值检查 || 简单直观 || 需频繁检查返回值
|-
| 全局变量（errno） || 标准化错误码 || 非线程安全（需配合线程局部存储）
|-
| setjmp/longjmp || 支持非局部跳转 || 易导致资源泄漏
|}

== 进阶话题 ==  

=== 自定义异常框架 ===  
通过结构体和函数指针实现面向对象的异常处理：

<syntaxhighlight lang="c">
typedef struct {
    int code;
    const char *message;
} Exception;

void throw(int code, const char *message) {
    Exception e = {code, message};
    // 实际项目中可通过长跳转传递e
    fprintf(stderr, "Exception: %s (code=%d)\n", e.message, e.code);
    exit(1);
}

int main() {
    throw(404, "File not found");
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

== 可视化流程 ==  

<mermaid>
graph TD
    A[开始] --> B{操作成功?}
    B -->|是| C[正常流程]
    B -->|否| D[检查错误类型]
    D --> E[返回值/errno]
    D --> F[longjmp跳转]
</mermaid>

== 数学表达 ==  
错误处理的核心是状态传递。设函数<math>f(x)</math>的返回值为：  
<math>
f(x) = \begin{cases} 
\text{有效结果} & \text{若 } x \in \text{定义域} \\
\text{错误码} & \text{否则}
\end{cases}
</math>

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