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= C语言错误处理概述 =

== 引言 ==
在C语言编程中，'''错误处理'''（Error Handling）是确保程序在遇到异常情况时能够优雅地响应或恢复的关键技术。由于C语言本身不提供内置的异常处理机制（如C++或Java中的try-catch），开发者需依赖返回值、全局变量和特定函数来实现错误管理。本章将系统介绍C语言中常见的错误处理策略及其实际应用。

== 错误类型 ==
C语言中的错误通常分为以下几类：
* '''编译时错误'''：语法或类型错误，由编译器检测。
* '''运行时错误'''：如除零、空指针解引用等，导致程序崩溃。
* '''逻辑错误'''：程序行为不符合预期，但无直接崩溃。

本节重点讨论'''运行时错误'''的处理方法。

== 错误处理机制 ==

=== 返回值检查 ===
最基础的错误处理方式是通过函数返回值传递状态。标准库函数（如`fopen`、`malloc`）常返回特殊值（`NULL`、`-1`）表示失败。

<syntaxhighlight lang="c">
#include <stdio.h>
#include <stdlib.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 EXIT_FAILURE;
    }
    // 正常处理文件
    fclose(file);
    return EXIT_SUCCESS;
}
</syntaxhighlight>

=== `errno`全局变量 ===
C标准库通过全局变量`errno`（定义于`<errno.h>`）记录错误代码。常用函数如`perror()`或`strerror()`可将其转换为可读信息。

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

int main() {
    FILE *file = fopen("/invalid/path", "r");
    if (file == NULL) {
        fprintf(stderr, "Error: %s\n", strerror(errno)); // 输出：Error: No such file or directory
    }
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

=== 信号处理 ===
通过`signal.h`捕获硬件异常（如`SIGSEGV`），但需谨慎使用以避免未定义行为。

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

void handle_sigsegv(int sig) {
    fprintf(stderr, "Segmentation fault occurred!\n");
    exit(1);
}

int main() {
    signal(SIGSEGV, handle_sigsegv);
    int *ptr = NULL;
    *ptr = 10; // 触发SIGSEGV
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

== 实际案例 ==
'''案例：安全内存分配'''
结合返回值和`errno`实现健壮的`malloc`封装：

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

void *safe_malloc(size_t size) {
    void *ptr = malloc(size);
    if (ptr == NULL && size != 0) {
        fprintf(stderr, "Memory allocation failed: %s\n", strerror(errno));
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    return ptr;
}

int main() {
    int *arr = safe_malloc(1000000000000ULL); // 尝试分配过大内存
    free(arr);
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

== 高级技巧 ==
=== 长跳转（setjmp/longjmp） ===
通过`<setjmp.h>`实现非局部跳转，模拟异常处理：

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

jmp_buf env;

void risky_operation() {
    if (1) { // 模拟错误条件
        longjmp(env, 1); // 跳回setjmp处
    }
}

int main() {
    if (setjmp(env) == 0) {
        risky_operation();
    } else {
        printf("Error occurred!\n");
    }
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

== 错误处理流程图 ==
<mermaid>
graph TD
    A[开始] --> B{操作成功?}
    B -->|是| C[继续执行]
    B -->|否| D[检查errno]
    D --> E[输出错误信息]
    E --> F[终止或恢复]
</mermaid>

== 数学表达 ==
错误概率模型（假设独立事件）：
<math>
P(\text{total error}) = 1 - \prod_{i=1}^{n}(1 - P(\text{error}_i))
</math>

== 总结 ==
C语言的错误处理需要开发者主动设计，核心方法包括：
* 返回值检查
* `errno`与相关函数
* 信号处理
* 长跳转（高级场景）

通过合理组合这些技术，可显著提升程序的鲁棒性。初学者应从返回值检查开始，逐步掌握更复杂的模式。

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