C 错误处理

C 语言 - 错误处理

与其他一些语言（例如 C++、Java）不同，C 语言没有内置的异常处理机制。相反，错误处理主要依赖于检查函数的返回值，有时还会检查一个全局错误编号变量 errno。

许多标准库函数，特别是那些处理系统资源（如文件 I/O）或内存分配的函数，在发生错误时会返回一个特殊值（通常是 NULL、-1 或文档中针对特定函数说明的其他值）来指示错误。当错误发生时，这些函数通常会设置全局整数变量 errno（定义在 <errno.h> 中）为一个特定的错误代码，以提供更多详细信息。

重要规则：务必首先检查函数的返回值，看看是否发生了错误。只有在返回值指示错误发生时，才应该检查 errno 来理解错误发生的原因。有些函数即使成功也可能返回一个值，该值可能被误认为是错误指示符（例如 -1），因此检查返回值是至关重要的。

使用 errno 时，包含 <errno.h> 是良好的编程习惯。请注意，在现代多线程环境中，errno 是线程本地的，这意味着每个线程都有自己的 errno。

使用 perror() 和 strerror()

C 语言提供了两个标准函数来获取与 errno 值对应的可读性强的错误消息：

• 函数 perror(const char *s)（来自 <stdio.h>）打印您提供的自定义消息 (s)，后跟一个冒号、一个空格以及当前 errno 值的文本表示。输出会发送到标准错误流 (stderr)。
• 函数 strerror(int errnum)（来自 <string.h>）返回一个指向字符串的指针，该字符串包含传递的错误代码 errnum 的文本表示。您通常会将 errno 的当前值传递给它。

示例：模拟文件打开错误：

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h> // Required for EXIT_FAILURE

// Note: No need to declare 'extern int errno;' explicitly when including <errno.h>
// 注意：包含 <errno.h> 后无需显式声明 'extern int errno;' 了

int main(void) { // Use standard main signature
    FILE *pf;
    int errnum;

    // Attempt to open a non-existent file for reading
    // 尝试打开一个不存在的文件进行读取
    pf = fopen("nonexistent_file.txt", "rb");

    // ALWAYS check the return value first!
    // 总是先检查返回值！
    if (pf == NULL) {
        errnum = errno; // Store errno immediately, as other calls might change it
        // 立即存储 errno 的值，因为其他调用可能会改变它

        fprintf(stderr, "Error opening file.\n"); // Informative message
        // 错误提示消息

        // Method 1: Using errno directly (less user-friendly)
        // 方法 1：直接使用 errno（用户友好性较低）
        fprintf(stderr, "Value of errno: %d\n", errnum);

        // Method 2: Using perror (recommended for simple messages)
        // 方法 2：使用 perror（推荐用于简单消息）
        perror("Error reported by perror");

        // Method 3: Using strerror (useful for custom formatting)
        // 方法 3：使用 strerror（适用于自定义格式）
        fprintf(stderr, "Error opening file: %s\n", strerror(errnum));

        return EXIT_FAILURE; // Indicate failure using standard macro
        // 使用标准宏指示失败
    } else {
        printf("File opened successfully! Closing it.\n");
        // 文件打开成功！正在关闭它。
        fclose(pf);
    }

    return EXIT_SUCCESS; // Indicate success using standard macro
    // 使用标准宏指示成功
}

编译并执行时，假设 nonexistent_file.txt 不存在，输出将类似于（具体的 errno 值可能因操作系统而略有不同）：

Error opening file.
Value of errno: 2
Error reported by perror: No such file or directory
Error opening file: No such file or directory

处理除以零错误

在 C 语言中，整数除以零会导致未定义行为。程序可能崩溃或产生意想不到的结果。浮点数除以零由 IEEE 754 标准定义（结果为无穷大或 NaN），但这通常仍被视为错误情况。

您必须在执行除法之前明确检查除数是否为零：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> // For exit() and EXIT_FAILURE
// 用于 exit() 和 EXIT_FAILURE

int main(void) {
    int dividend = 20;
    int divisor = 0;
    int quotient;

    // Check before dividing
    // 在除法前检查
    if (divisor == 0) {
        fprintf(stderr, "Error: Division by zero is not allowed.\n");
        // 错误：不允许除以零。
        return EXIT_FAILURE; // Exit indicating failure
        // 退出并指示失败
    }

    // This part will only execute if divisor is non-zero
    // 只有在除数非零时才会执行这部分代码
    quotient = dividend / divisor;
    printf("Value of quotient: %d\n", quotient); // Use printf for normal output
    // 使用 printf 输出正常结果

    return EXIT_SUCCESS; // Exit indicating success
    // 退出并指示成功
}

编译并执行时，将产生以下输出：

Error: Division by zero is not allowed.

使用 assert 进行调试检查

<assert.h> 头文件提供了 assert 宏。它用于在开发过程中检查应该始终为真的条件。如果 assert() 中的条件为假，程序会向 stderr 打印一条错误消息（包含文件名、行号和条件），然后终止。

assert 主要是一个调试工具。通过在包含 <assert.h> 之前定义 NDEBUG 宏（通常通过编译器标志如 -DNDEBUG 完成），可以在发布版本中禁用断言，从而移除任何性能开销。

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>

// Disable assertions by uncommenting the next line or using -DNDEBUG
// 通过取消注释下一行或使用 -DNDEBUG 来禁用断言
// #define NDEBUG

int main(void) {
    int divisor = 0;

    // This assertion will fail
    // 这个断言将失败
    assert(divisor != 0);

    // This line will not be reached if assertions are enabled
    // 如果断言被启用，这行代码将不会被执行
    printf("Continuing execution (only if NDEBUG is defined).\n");
    // 继续执行（仅当 NDEBUG 定义时）

    return EXIT_SUCCESS;
}

在启用断言（默认设置）的情况下运行此代码，可能会产生如下输出：

assertion_example: main.c:12: main: Assertion `divisor != 0' failed.

程序退出状态

当程序完成时，它会向操作系统返回一个退出状态。此状态指示程序是成功完成还是遇到了错误。<stdlib.h> 中定义了用于此目的的标准宏：

• EXIT_SUCCESS：通常定义为 0。表示成功执行。
• EXIT_FAILURE：通常定义为一个非零值（通常为 1）。表示程序由于错误而终止。

在 main 函数的 return 语句或 exit() 调用中，使用这些宏比直接使用 0 或 -1 等“魔法数字”更能使您的程序更具可移植性和可读性。

使用标准退出码的示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> // Required for EXIT_SUCCESS, EXIT_FAILURE
// EXIT_SUCCESS, EXIT_FAILURE 需要包含此头文件

int main(void) {
    int dividend = 20;
    int divisor = 5;
    int quotient;

    if (divisor == 0) {
        fprintf(stderr, "Error: Division by zero!\n");
        // 错误：除以零！
        return EXIT_FAILURE; // Use standard macro for failure
        // 使用标准宏指示失败
    }

    quotient = dividend / divisor;
    printf("Value of quotient: %d\n", quotient);
    // 商的值：%d

    return EXIT_SUCCESS; // Use standard macro for success
    // 使用标准宏指示成功
}

编译并执行时（divisor = 5），将产生以下输出：

Value of quotient: 4