异常处理机制

POSIX 异常处理机制总结

一、核心机制

POSIX 异常处理主要依赖以下机制管理运行时错误和信号：

1. 错误返回与 `errno`

错误标识：
POSIX 系统调用和库函数通过返回值指示错误（通常返回 -1 或 NULL），并通过全局变量 errno 存储具体错误码。

示例：

int fd = open("file.txt", O_RDONLY);
if (fd == -1) {
    // open 失败，errno 被设置为具体错误码（如 EACCES、ENOENT）
    perror("open failed");
}

errno 的特性：
- 线程安全：现代实现中，errno 是线程局部变量（每个线程独立维护）。
- 易失性：函数调用可能覆盖 errno，需在失败后立即保存其值。

2. 错误处理函数

perror()：
根据当前 errno 输出可读错误信息到 stderr。

if (write(fd, buf, size) == -1) {
    perror("write failed"); // 输出：write failed: Permission denied
}

strerror()：
将错误码转换为字符串，适合自定义日志格式。

#include <string.h>
if (mkdir("/root/dir", 0755) == -1) {
    printf("Error: %s\n", strerror(errno)); // 输出：Error: Permission denied
}

3. 信号（Signals）

信号是异步异常通知机制，用于处理进程外部事件（如 SIGSEGV、SIGINT）。

信号处理函数：

signal()：简单注册信号处理函数（不推荐，兼容性差）。

void handler(int sig) {
    printf("Received signal: %d\n", sig);
}
signal(SIGINT, handler); // 捕获 Ctrl+C

sigaction()：更安全的信号处理方式，支持精细控制。

struct sigaction sa;
sa.sa_handler = handler;
sigemptyset(&sa.sa_mask);
sa.sa_flags = 0;
sigaction(SIGTERM, &sa, NULL); // 捕获终止信号

常见信号类型：

信号	含义	默认行为
`SIGSEGV`	非法内存访问（段错误）	终止进程
`SIGFPE`	算术异常（如除零）	终止进程
`SIGINT`	终端中断（Ctrl+C）	终止进程
`SIGPIPE`	管道或Socket写入端关闭	终止进程
`SIGCHLD`	子进程状态变化	忽略

信号处理注意事项：
- 信号处理函数应尽量简单，避免调用非异步安全函数（如 printf、malloc）。
- 使用 volatile sig_atomic_t 类型标记异步事件。

4. 资源错误处理

动态内存分配：

int *arr = malloc(100 * sizeof(int));
if (arr == NULL) {
    // 内存分配失败
    fprintf(stderr, "malloc failed: %s\n", strerror(errno));
    exit(EXIT_FAILURE);
}

文件与IO错误：

文件不存在（ENOENT）、权限不足（EACCES）、设备已满（ENOSPC）等。

示例：

FILE *fp = fopen("data.txt", "r");
if (fp == NULL) {
    // 文件打开失败，检查 errno
    if (errno == ENOENT) {
        fprintf(stderr, "File not found.\n");
    }
}

5. 线程错误处理

POSIX 线程（pthread）函数通过返回值传递错误码（而非设置 errno）。
- 示例：

pthread_t thread;
int ret = pthread_create(&thread, NULL, worker_func, NULL);
if (ret != 0) {
    // 错误码在返回值中（如 EAGAIN、EINVAL）
    fprintf(stderr, "Thread creation failed: %s\n", strerror(ret));
}

二、最佳实践

严格检查返回值：
对所有可能失败的函数调用检查返回值（尤其是系统调用和库函数）。
及时处理 errno：
- 在函数失败后立即保存 errno，避免被后续调用覆盖。
- 使用 perror() 或 strerror() 输出错误信息。
信号处理安全：
- 使用 sigaction 替代 signal。
- 避免在信号处理函数中执行复杂操作。
资源清理：
确保在错误退出前释放已分配的资源（如关闭文件描述符、释放内存）。

错误码分类处理：
根据 errno 值选择重试、回退或终止程序。

if (connect(sockfd, addr, addrlen) == -1) {
    if (errno == EINTR) {
        // 被信号中断，可重试
    } else {
        perror("connect failed");
        close(sockfd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
}

三、总结

POSIX 异常处理的核心是通过 返回值 + errno 标识错误，结合信号处理异步事件。关键要点：

系统调用错误依赖 errno，线程错误通过返回值传递。
使用 perror/strerror 转换错误码为可读信息。
信号处理需保证安全性和简单性。
资源错误需及时清理，避免泄漏。

通过合理利用这些机制，可以构建健壮且可维护的系统程序。