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= C语言错误处理策略 =

'''错误处理'''是编程中确保程序在异常情况下仍能稳定运行的重要技术。在C语言中，由于缺乏内置的异常处理机制（如C++/Java的try-catch），开发者需要依赖返回值、全局变量和信号等策略进行错误管理。本章将系统讲解C语言的错误处理范式及其实际应用。

== 核心概念 ==
=== 错误类型 ===
C语言中的错误主要分为三类：
# '''逻辑错误'''：因算法设计缺陷导致（如无限循环）
# '''运行时错误'''：程序执行时发生的异常（如除零错误）
# '''系统错误'''：操作系统/硬件相关错误（如内存分配失败）

=== 错误码机制 ===
标准库函数通常通过返回值表示错误状态：
* 返回整型的函数：用负数或非零值表示错误（如<code>open()</code>返回-1）
* 返回指针的函数：用NULL表示失败（如<code>malloc()</code>）
* 标准库设置全局变量<code>errno</code>（需包含<code>errno.h</code>）存储错误详情

== 主要处理策略 ==
=== 返回值检查 ===
最基础的错误处理方式，通过判断函数返回值采取相应措施：

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

int main() {
    FILE *fp = fopen("nonexistent.txt", "r");
    if (fp == NULL) {
        perror("文件打开失败");  // 自动附加errno描述
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    
    // 正常处理流程
    fclose(fp);
    return EXIT_SUCCESS;
}
</syntaxhighlight>

'''输出示例：'''
<pre>
文件打开失败: No such file or directory
</pre>

=== errno 全局变量 ===
标准库通过<code>errno</code>记录错误细节，需配合<code>strerror()</code>使用：

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

int main() {
    errno = 0; // 重置错误状态
    double val = sqrt(-1);
    if (errno != 0) {
        printf("数学错误: %s\n", strerror(errno));
    }
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

'''输出示例：'''
<pre>
数学错误: Numerical argument out of domain
</pre>

=== 信号处理 ===
通过<code>signal.h</code>捕获系统信号处理严重错误：

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

void sig_handler(int signo) {
    fprintf(stderr, "捕获信号: %d\n", signo);
    exit(EXIT_FAILURE);
}

int main() {
    signal(SIGSEGV, sig_handler);  // 注册段错误处理器
    
    int *ptr = NULL;
    *ptr = 42;  // 故意触发段错误
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

'''输出示例：'''
<pre>
捕获信号: 11
</pre>

=== 跳转恢复 ===
使用<code>setjmp/longjmp</code>实现非局部跳转：

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

jmp_buf env;

void risky_operation() {
    printf("执行危险操作\n");
    longjmp(env, 1);  // 跳转到setjmp处
}

int main() {
    if (setjmp(env) == 0) {
        risky_operation();
    } else {
        printf("错误恢复成功\n");
    }
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

'''输出示例：'''
<pre>
执行危险操作
错误恢复成功
</pre>

== 高级模式 ==
=== 错误处理封装 ===
通过宏定义实现统一的错误处理接口：

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

#define CHECK_NULL(ptr, msg) \
    do { \
        if ((ptr) == NULL) { \
            fprintf(stderr, "错误: %s (%s:%d)\n", (msg), __FILE__, __LINE__); \
            exit(EXIT_FAILURE); \
        } \
    } while(0)

int main() {
    int *arr = malloc(100 * sizeof(int));
    CHECK_NULL(arr, "内存分配失败");
    
    // 正常使用内存
    free(arr);
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

=== 错误码标准化 ===
定义项目统一的错误码体系：

<mermaid>
graph TD
    A[错误分类] --> B[系统错误 1-99]
    A --> C[网络错误 100-199]
    A --> D[数据库错误 200-299]
    B --> E[E_MEMORY=1]
    B --> F[E_IO=2]
    C --> G[E_CONN_TIMEOUT=100]
    D --> H[E_QUERY_FAILED=200]
</mermaid>

== 实际案例 ==
=== 文件处理系统 ===
综合运用多种错误处理策略的文件处理器：

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

void process_file(const char *filename) {
    FILE *fp;
    char buffer[1024];
    
    fp = fopen(filename, "r");
    if (fp == NULL) {
        perror("fopen失败");
        return;
    }
    
    while (fgets(buffer, sizeof(buffer), fp) != NULL) {
        // 处理每行数据
        printf("%s", buffer);
    }
    
    if (ferror(fp)) {
        fprintf(stderr, "读取文件时发生错误\n");
        clearerr(fp);
    }
    
    fclose(fp);
}

int main(int argc, char **argv) {
    if (argc < 2) {
        fprintf(stderr, "用法: %s <文件名>\n", argv[0]);
        return EXIT_FAILURE;
    }
    
    process_file(argv[1]);
    return EXIT_SUCCESS;
}
</syntaxhighlight>

== 最佳实践 ==
1. '''立即检查错误'''：函数调用后立即验证返回值
2. '''资源释放'''：确保错误路径也释放已分配资源
3. '''错误传播'''：在多层调用中合理传递错误信息
4. '''日志记录'''：记录错误上下文便于调试
5. '''用户友好'''：向终端用户显示易懂的错误信息

== 数学表达 ==
错误处理效率可通过概率模型分析。设单次操作失败概率为<math>p</math>，则<math>n</math>次连续操作的成功概率为：

<math>
P_{success} = (1 - p)^n
</math>

采用错误恢复机制后，系统可用性提升为：

<math>
P_{recovered} = 1 - p^n
</math>

== 总结 ==
C语言的错误处理需要开发者主动管理各种异常情况。通过合理组合返回值检查、errno、信号处理和跳转机制，可以构建健壮的应用程序。随着项目规模扩大，建议采用标准化的错误码体系和封装宏来提高代码可维护性。

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