linux 下 C 編程 C版的try catch 捕捉段錯誤和異常處理

哇塞，C語言有try catch嗎？固然沒有。倒。。可能有人說了，那你野鬼說沒有的東西作什麼。 

    這裏須要重申一下，所謂正向設計下問題檢測的開發方法。正向設計時，在錯誤檢測和問題修復的方法是指：

      根據源碼分析，在源碼中加插檢測代碼的方式，驗證對代碼的理解和預判是否正確。

     而反向跟蹤是根據機器執行動做，反向理解邏輯的運行狀態，例如GDB。二者不少方面都很像，但存在一個最主要的區別在於，你是在先驗的讓程序運行判斷是否符合先驗，仍是在程序的運行中理解代碼的邏輯。

    例如正向設計的問題判斷，若是經過try catch來處理，則表示你已經估計到這裏是個潛在可能的錯誤，而經過運行來驗證你的判斷是否成立。錯誤的理解和判斷是在對源碼的分析上，反之，經過 GDB或者其餘IDE加斷點的跟蹤，屬於反向檢測運行狀態來判斷邏輯可能哪裏出錯。 
    惋惜try catch在C標準裏面並無。這裏，就經過指針訪問的段錯誤，來設計一個相似try catch的小玩意。但願新手能經過這個寫出其餘的try catch。 
    首先咱們要動點C標準裏，signal和setjmp的東西，以及GNU C的 glibc函數sigsetjmp,siglongjmp。記得要注意哪些是標準裏的，哪些不是，這對之後的平臺移植很用做用，哪怕你不移植，但萬一別人 要移植，由於你沒有區分好，致使別人處處找和平臺相關的代碼，最後這個代碼別人用不了，你的代碼又有何價值。 
    先說一下signal這個函數。這函數的做用就是相似對中斷向量表的重載，實際上是個重定位工做。中斷向量表是什麼意思，很簡單，就是有一個表，表裏面有一 堆函數地址，若是對應的中斷髮生了，就跳轉到該中斷對應的中斷向量表的對應存儲區域的函數裏（但願看這句話你別跟着念，眼睛也別花，哈）。若是不重定位這 些函數，則會啓用默認的函數。例如給打印個消息，而後讓進程中止。若是經過signal 對這個中斷向量表進行」重載「，則能夠進入你指定的函數。而不會進入默認的方式。 
    簡單舉例吧，正常的程序，你在bash上執行 ctrl+C,會讓程序中止。實際是怎麼發生的呢？ 
    一、鍵盤發現你按鍵了，則會發出一個信號，除了按鍵值自己。該信號是告訴CPU，我有事了，CPU的硬件若是不對這個信號視而不見的話，就會告訴OS，哦，有個硬中斷髮生。 
    二、此時，OS就對應的發出個軟中斷,linux下就是 SIGINT。 
    三、若是對應你當前進程的本身的」中斷向量表「是默認狀況，則會OS啓動一個函數，這個函數會發出一個kill的工做，要求將你這個進程結束。 
    四、OS此時發現這個動做。就把你的進程給卡擦了。 
    而你若是用signal「重載」這個中斷，則此時原先默認函數不會執行，你會發現，你的程序該作什麼仍是作什麼，除非你的新函數仍然要求kill掉你這個進程。 
    那麼對於段錯誤，也存在一箇中斷，是由誰產生的？ MMU，硬件產生的。OS獲取這個錯誤以後，就會到對應進程的「中斷向量表」找你是否重載過這個對應的中斷響應函數，固然這中間還有些其餘工做好比中斷屏 蔽方面的檢查工做等，我就不展開了。由此，若是你寫了一個新的函數，則能夠不用退出，能夠處理些本身的想作的事情。 
    可是很討厭的一個問題，若是是你的進程出錯，並且出錯的理由是對一個不正確的內存空間進行讀寫操做，不管你執行多少次，這個錯誤仍然存在。由於你的代碼產 生個由MMU發出的段錯誤的中斷，此時你的代碼被強行掛起來，就是說如今輪不到你玩了，而後OS處理對應的中斷響應，就是你寫的代碼，而寫的那個函數執行 完畢後，若是不kill或者其餘動做，你的代碼還會被再次執行。那麼你的進程會怎麼執行呢？在你上次錯的地方繼續執行。。。。這就鬱悶大發了。由於再次產 生個錯誤，此時又會進入你的中斷響應函數。 
    因而乎，你會發現，你的屏幕在不停的打印東西，若是你的那個函數內有條printf想提醒你，進入了這個函數了。 
    此時，咱們就須要動點手段了。這裏要談一下setjmp ,和longjmp,最終會用到sigsetjmp,siglongjmp,注意，這兩玩意不是C標準的，glibc支持，其餘的一些C環境也支持，我不一一列出來了。能夠查資料。 
    先說setjmp, longjmp。上下文這個詞在OS裏，特別進程管理部分常常提到，什麼意思呢？簡單說就是現場環境，不過只是CPU裏面的，包括指令的位置（其實也是在 寄存器裏），常規寄存器裏的內容（也包括堆棧指針寄存器），和外部存儲器就是內存沒有關係。 
    繼續舉例吧。 
    假設，劇場正在上演一個話劇，還沒結束呢。結果通知，馬上清場，爲何，領導要來開會，你別問爲何，領導就是領導，優先級高，此時你怎麼辦，那就和觀衆 商量一下，咱們把現場記錄下來，臺詞說哪也記錄下來，等領導開完會我們接着看，此時劇場的狀況清點記錄完畢，並清理乾淨，等領導開會，會開完了，再根據被 打斷時的場景進行恢復，則此時觀衆能夠連貫的繼續看下去。 
    另外一個例子就是香港的賭王片，賭到高潮的時候，不管是正方的叛徒仍是反方的臥底，不管是用刀仍是用槍，反正把男一號給搞傷了，怎麼辦？封牌局，拿個罩子， 把桌子罩起來，誰也別想改動這些牌的內容。等男二號上時在繼續賭，牌是什麼狀況，確定沒有變過，不管中間穿插了多少其餘鏡頭。假設恰好這個時候有跑龍套的 要用桌子吃午餐，劇組贊成了，把桌子給他用，可是桌子上面的東西則原封不動的挪到別的地方。等男二號來，再把跑龍套的趕走，恢復成前面的牌局。 
    這裏劇場場景的記錄並切換成領導的會議桌，以及桌子上的牌局挪動，讓給跑龍套的吃午餐，都是叫作上下文切換。setjmp的做用就是保存當前進入 setjmp函數時的環境。同時setjmp返回個值爲0。以區別longjmp跳轉到當前位置。相似函數調用函數，父函數須要保存的現場工做，不然子函 數退出時，父函數也沒辦法正常繼續工做啊。是否是。固然 setjmp所保存的東西必函數調用時保存的要多一些。其實setjmp沒什麼特點。我本身都寫過對應彙編以實現特定硬件上的需求。就是一堆mov，把寄 存器的值存到指定的位置再返回0。 
    而longjmp的意思是，能夠在你的代碼任意的位置，只要setjmp執行過之後的地方，直接跳，跳哪呢？就是跳到setjmp調用時的位置，這個跳哪 的信息從哪得來的，就是setjmp的參數指向的一個BUF，你在這個BUF裏面保存了當前地址。所以，若是屢次setjmp同一個buf，則在跳到最後 一次，若是每次setjmp了不一樣的BUF，那麼哪一個BUF做爲longjmp的參數，就是跳到對應setjmp的位置。此時等同於setjmp被返回， 只不過返回值不爲0，由此判斷是longjmp過來的。繼續舉例子。 
    導演說，第N個鏡頭。。。而後就開始演，演了一半，穿幫了，導演說，停！此時就是longjmp，longjmp去哪？和你演的這段都不要緊。直接到當前這個鏡頭的開始位置，爲何當前鏡頭能夠拍N屢次，就是由於你在鏡頭開始位置作了一個setjmp。 

    如今說下sigsetjmp siglongjmp。 
    sigsetjmp ，siglongjmp比setjmp ,longjmp的組合多了箇中斷屏蔽信息的存儲。此時siglongjmp能夠恢復到sigsetjmp出現時的中斷屏蔽狀況。在後面給出的代碼的 test10函數中，特意作了一個setjmp ,longjmp的方式，你會發現，第二次出錯，並不會進入normal_longjmp函數。所以此時的中斷配置等信息並無對應記錄下來，屬於出錯後 的狀況。 
     OK。如今說說setjmp longjmp有什麼好處。 
    前面說了。signal對SIGSEGV這個中斷的響應函數修改後，函數退出，會再次執行MMU發生錯誤的代碼位置，所以咱們要確保函數跳過當前出錯的位置，執行到咱們但願跳過的代碼。相似C++的try catch那樣，咱們但願有try catch。以下 
    char *p = "1234"; 
    TRY 
    p[2] = '1';//這顯然是錯的嘛 
    CATCH ;// 
    則咱們能夠 

1	if (setjmp(buf) == 0){

2	p[2] = '1';

3

}

    OK了,爲何這樣就能夠了呢？由於若是不是longjmp過來的，setjmp始終返回0，則此時必然會執行p[2]，若是p[2]不會產生 SIGSEGV的錯誤，就不會執行longjmp，由此一切照舊，該作什麼作什麼。若是p[2] = '1'錯誤，則會發出中斷信號 SIGSEGV，而假設咱們把 下面SIGNAL_SEGV_DONE這個函數先前用 signal重載過，則此時發生的錯誤，會致使進入 SIGNAL_SEGV_DONE。以下 

1	void SIGNAL_SEGV_DONE(int signum){

2	printf("SEG ERROR !\n");

3	longjmp(buf,1);

4

}

    注意這裏第2個參數是返回的值，就是跳轉到setjmp的位置，等同於setjmp返回的值，此時等於上面if的條件不成立，則等於跳出了{}。 
    而若是新手仍是想不一樣，這個1怎麼就被返回到setjmp的地方，並且像函數返回同樣呢？我就說兩個事情。 
    一、函數的返回值是放在指定寄存器裏的，好比ARM是放在r0裏的，子函數把要return的值放在r0 裏，返回父函數，則父函數對子函數的返回值直接能夠從r0裏取得（或者不取，若是不存在返回，或者暫時不須要利用這個函數的返回值） 
    二、一個函數調用另外一個函數，沒什麼深奧的技巧。就是在返回時把寄存器，包括指令寄存器等等恢復成調用前的狀況。惟一是指令寄存器還要再加一下，跳過函數調用的那條指令，而後一個跳轉，就回到父函數了。 
    下面給出代碼，我是基於malloc_free上面進行的添加，你能夠對比第九部分的代碼差別。須要很是明確注意的如下幾點 
    一、這裏使用的方式，並不徹底等同C++的TRY CATCH.可是機理是同樣的。和GDB裏面的斷點中斷也是同樣的，只不事後者使用了SEGTRAP 這個中斷信號 
    二、signal在註冊函數時只須要一次，你別傻傻的如個人DEMO同樣，放在檢測的函數裏。 
    三、我這裏是爲了儘量只用頭文件，因此用了static jmp_buf SIGSEGV_buf;作成全局變量也沒有關係。 
    四、以下，對SIGSEGV_BEGIN 和 SIGSEGV_END的使用必定要加宏判斷。我暫時沒有想到比較好的解決方案，能把兩個宏之間的代碼描述能自動預編譯剔除掉。 

1	#ifdef __MMDB_FLAG__

2	SIGSEGV_BEGIN(test) //there will be one func ,static void sigsegv_done_test(int signum){

3	printf("you have a seciton error !\n");

4

5	SIGSEGV_END()

6

#endif

以上代碼，等同於 

1	static void sigsegv_done_test(int signum){

2	if (signum != SIGSEGV){

3

return;

4

}

5	//you todo ....

6	printf("you have a section error !\n");

7	siglongjmp(SIGSEGV_buf,1);

8

}

    test8是一個不進行中斷函數註冊的例子，你會發現什麼事情都沒有發生，和之前同樣，由於沒註冊嘛。 
    test9是個標準的處理方案。 
    test10,說過了，讓你區分longjmp,setjmp 和siglongjmp sigsetjmp的區別。 
    你能夠經過執行 
    bin/test_malloc_free_main 10 

    的方式調用test10，其餘雷同，以下是代碼清單。

   malloc_free.h

01	#ifndef _malloc_free_H_

02	#define _malloc_free_H_

03	#include <stdlib.h>

04	#define ALLOC_PAGE_SIZE 4096 //mininum malloc unit sizes ,not change

05	#define ALLOC_PAGE_MASK (ALLOC_PAGE_SIZE-1)

06	#define PAGE_SIZE_ALIGN(n) ((n) + ALLOC_PAGE_MASK) & (~(ALLOC_PAGE_MASK))

07	#define MALLOC_NUM_UNIT_SIZE (ALLOC_PAGE_SIZE / sizeof(void*))

08	#define MAX_MALLOC_UNIT_NUM 64 //not more than 4096*8

09	#define MAX_MALLOC_NUM  (MALLOC_NUM_UNIT_SIZE * MAX_MALLOC_UNIT_NUM) // max malloc times ,you can change

10	#define __MMDB_FLAG__

11	#ifndef __MMDB_FLAG__

12	//c_malloc c_free means malloc by check,not calloc,not type cmalloc!!!!!

13	#define c_malloc(a) malloc(a)

14	#define c_free(a) free(a)

15	#define MALLOC_FREE_INIT(...) do{}while(0)

16	#define _TYPE_INDEX_MALLOC_FREE(...)

17	#define _TYPE_COUNT_MALLOC_FREE(...)

18	#define CHECK_PTR_RANGE(...) (1)

19	#define GET_MALLOC_INDEX(...) do{}while (0)

20	#define CHECK_PTR_RANGE_ER(...) do{}while(0)

21

#if 0

22	#error "if not define __MMDB_FLAG__ ,this define how to done "

23	#define SIGSEGV_BEGIN(...)

24	#define SIGSEGV_END(...)

25

26

#endif

27

28	#define SIGNAL_SEGV(...)

29	#define TRY_SEGV(...)

30	#define CATCH_SEGV(...)

31

32

#else

33	#include <setjmp.h>

34	#include <signal.h>

35	static jmp_buf SIGSEGV_buf;//every C file have one

36	#define SIGSEGV_FUNC(name) sigsegv_done_##name

37	#define SIGSEGV_BEGIN(name) static void SIGSEGV_FUNC(name)(int signum){ if (signum != SIGSEGV) {return;}

38	#define SIGSEGV_END() siglongjmp(SIGSEGV_buf,1);}

39	#define SIGNAL_SEGV(name) do {signal(SIGSEGV,SIGSEGV_FUNC(name));}while (0)  //no return no need check

40	#define TRY_SEGV() if (sigsetjmp(SIGSEGV_buf,1) == 0){

41	#define CATCH_SEGV(...) }

42	#define MALLOC_FREE_INIT malloc_free_init

43	#define _TYPE_COUNT_MALLOC_FREE(name) unsigned long name  = 0;

44	#define _TYPE_INDEX_MALLOC_FREE(name) void ** name;

45	#define CHECK_PTR_RANGE(p,indexP) ((indexP[0] <= (void *)(p)) && (indexP[1] > (void*)(p)))

46	#define GET_MALLOC_INDEX(p,indexP) do{indexP = get_malloc_index(p);}while (0)

47	#define CHECK_PTR_RANGE_ER(p,indexP,n,NAME) do {if (CHECK_PTR_RANGE(p,indexP)){n++;}else{set_check_ptr_range_error_exit(p,indexP,n,NAME);}} while (0)

48

49	//ins_inc_file

50

51	//ins_typedef_def

52

53

//ins_def

54

55	//ins_func_declare

56	void memory_free_init(void*);

57	void **get_malloc_index(void *ptr); //not used in code ,please used GET_MALLOC_INDEX define

58	void set_check_ptr_range_error_exit(void *p,void **index,unsigned long n,const char *str);//not used in code ,please used CHECK_PTR_RANGE_ER

59	void *c_malloc(size_t size);

60	void c_free(void *ptr);

61

62

#endif

63

64

65	#endif //_malloc_free_H_

malloc_free.c沒有任何變化

一下是test_malloc_free_main.c的清單

001	#include "malloc_free.h"

002	#include <stdio.h>

003

004	typedef void (* TEST_FUNC)(void);

005	#ifdef __MMDB_FLAG__

006	SIGSEGV_BEGIN(test) //there will be one func ,static void sigsegv_done_test(int signum){

007	printf("you have a seciton error !\n");

008

009	SIGSEGV_END()

010

#endif

011	static void test8(void){

012	//test write to zero point

013	int *p = 0;

014	//  SIGNAL_SEGV(test);

015	TRY_SEGV();

016

p[0] = 0;

017	CATCH_SEGV();

018

}

019	static void test9(void){

020	//test write to zero point

021	int *p = 0;

022	SIGNAL_SEGV(test);

023	TRY_SEGV();

024

p[0] = 0;

025	CATCH_SEGV();

026

}

027

028	#ifdef __MMDB_FLAG__

029	jmp_buf buf1;

030

#endif

031	void normal_longjmp(int signum){

032	printf("there is normal_longjmp func!\n");

033	longjmp(buf1,1);

034

}

035	static void test10(void){

036	#ifdef __MMDB_FLAG__

037

038	int *p = 0;

039	signal(SIGSEGV,normal_longjmp);

040	printf("test10!\n");

041	if (setjmp(buf1) == 0){

042

p[0] = 0;

043	}else{// section error ,jmp from normal_longjmp func

044	printf("we come back from normal_longjmp func!\n");

045

p[0] = 0;

046

}

047

#endif

048

}

049	static void test0(void){

050	void *p1 = 0;

051	char *p2 = 0;

052	printf("test0\n");

053	p1 =(char*)c_malloc(4);//*4);

054	p2 = (char*)c_malloc(6);

055	c_free(p1);

056	c_free(p2);

057	return; //normal check

058

}

059	static void test1(void){

060	char *p1,*p2;

061	p1 = (char*)c_malloc(5);

062	p2 = (char*)c_malloc(6);

063	c_free(p1);

064	//cfree(p2);

065	return; //free lack check

066

}

067	static void test2(void){

068	char *p1,*p2,*p3;

069	p1 = (char*)c_malloc(5);

070	p3 = p2 = (char*)c_malloc(6);

071	c_free(p1);

072	c_free(p2);

073	c_free(p3);

074	return; //free more check

075

}

076	static void test3(void){

077	char **pp = (char**)c_malloc(sizeof(char*)*MAX_MALLOC_NUM + 1);

078

int i;

079	for (i = 0 ; i <= MAX_MALLOC_NUM ; i++){

080	pp[i] = (char*)c_malloc(2);

081

}

082	return; //alloc more check

083

}

084	static void test4(void){

085	char *p1,*p2,*p3;

086	p1 = (char*)c_malloc(5);

087	p2 = (char*)c_malloc(6);

088	p3 = (char*)c_malloc(6);

089	c_free(p1);

090	c_free(p2);

091	c_free(p2);

092	return; //free twin check

093

}

094	static void test5(void){

095	char *p1,*p2;

096	p1 = (char*)c_malloc(5);

097	p2 = (char*)c_malloc(6);

098	c_free(p1);

099	c_free(p2+3);

100	return; //free shift check

101

}

102	static void test6(void){

103	char *p1,*p2;

104	p1 = (char*)c_malloc(5);

105	p2 = (char*)c_malloc(6);

106	c_free(p1);

107	c_free(0);

108	return; //free zero check

109

}

110

111	static void test7(void){

112	char *p1,*p2;

113	_TYPE_COUNT_MALLOC_FREE(ptr_count);

114	_TYPE_INDEX_MALLOC_FREE(pindex);

115

int i;

116

117	p1 = (char*)c_malloc(5);

118	GET_MALLOC_INDEX(p1,pindex);

119	p2 = p1+ 3;