C/C++ 对错误的处理

发表于 2016-11-03 更新于 2023-11-28 分类于 cpp ， cpp-idioms

在项目开发中，非主体逻辑的部分在整体代码量中占得比重往往更大。比如我们做一个加减乘除计算器，需要处理用户输入非数字怎么办，数字太大溢出怎么办，零作为除数了怎么办等等；比如我们要读取配置文件中的用户名、密码，我们得首先处理配置文件不存在，内容格式不正确，用户名过长等等。

机器（具体说就是一门语言，比如 C++）是一板一眼的，你告诉它了它就能做，你没告诉的它就不知道。对机器来说不存在“常识”这个词。

用 C++ 写代码的时候总是避免不了处理错误，一般来说有两种方式：通过函数的返回值 return code；抛出异常 exceptions。

使用返回值的缺点

从 C 语言过渡过来的开发者可能更习惯使用返回值。就我自己的开发经历（给某个风场使用 Labwindows/CVI 开发自动化采集软件）来说，使用返回值有四点很是不爽的地方：

与业务真正的返回值混用，需要规定一个错误代码。比如我们用 int statistics(int id) 统计员工今天检测的样品数目，从业务角度来说返回值是非负数，所以可以使用负数作为错误代码——这就是“混用”。

我们也可以强制改为 int statistics(int id, int* count)，严格限制返回值只能用于记录运行状态，而将统计结果置于参数列表中。这样又会引入新的问题：~~输入参数、输出参数混用，且~~ 调用之前必须提前声明变量，而不能将声明和调用在同一条语句中执行。参考其他语言中的错误处理中 GO 语言
错误信息简陋。尤其是函数被调用后如果存在多种错误状态，单独使用错误码根据其不同的数值标识不同的状态，然后在调用函数中根据错误代码编辑并打印对应的错误信息，这是很不合理的：一方面调用函数和被调用函数很可能不是同一开发者，存在沟通成本；另一方面，即便是同一开发者，在存在多个调用函数的情况下，也可能出现同一错误代码打印的错误信息内容却不一致的尴尬。

针对这一点不足，我们可以在每个被调用函数中再添一个输出参数，用于保存错误信息。比如 int statistics(int id, int* count, std::string& errinfo)。这样做的问题，是针对每次调用我们都需要额外多使用一个字符串，而且同前者一样（比前者更甚），将错误处理方式和“执行逻辑”混在了一起：一方面都是使用控制流；另一方面，大多情况下还都是在同一控制流中。

exceptions simplify my function return type and parameter types.

exceptions separate the “good path” (or “happy path”) from the “bad path”.

每个可能产生错误的函数在调用后都需要判断是否有错误，一旦发生了不可解决的错误，就要终止当前函数（并释放当前函数申请的资源），然后向上传递错误。而且每个调用层都需要检查错误。代码会变得很丑陋。This “error propagation” often needs to go through dozens of functions.

int func(int n) {
  int fd = open("path/to/file", O_RDONLY);
  if (fd == -1) {
     return ERROR_OPEN;
  }
  int* array = new[n];
  int err;
  err = do_something(fd, array);
  if (err != SUCCESS) {
     delete[] array;
     return err;
  }
  err = do_other_thing();
  if (err != SUCCESS) {
     delete[] array;
     return err;
  }
  err = do_more_thing();
  if (err != SUCCESS) {
     delete[] array;
     return err;
  }
  delete[] array;
  return SUCCESS;
}

// func 的调用者还需要再次检查错误

开发过程中很容易忘记处理错误返回值，程序带着错误执行的不确定性。等程序宕掉的时候，可能距离错误源十万八千里远，调试起来老费劲了。

其他传统的错误处理方式

而传统错误处理技术，检查到一个局部无法处理的问题时：来源

终止程序(例如 atol,atoi,输入 NULL，会产生段错误，导致程序异常退出,如果没有core文件，找问题的人一定会发疯)
返回一个表示错误的值(很多系统函数都是这样，例如 malloc，内存不足，分配失败，返回 NULL 指针)
返回一个合法值，让程序处于某种非法的状态(最坑爹的东西，有些第三方库真会这样)
调用一个预先准备好在出现”错误”的情况下用的函数。

第一种情况是不允许的，无条件终止程序的库无法运用到不能当机的程序里。第二种情况，比较常用，但是有时不合适，例如返回错误码是 int，每个调用都要检查错误值，极不方便，也容易让程序规模加倍(但是要精确控制逻辑，我觉得这种方式不错)。第三种情况，很容易误导调用者，万一调用者没有去检查全局变量 errno 或者通过其他方式检查错误，那是一个灾难，而且这种方式在并发的情况下不能很好工作。至于第四种情况，本人觉得比较少用，而且回调的代码不该多出现。

构造函数中的错误

接下来说说处理构造函数中的错误，通常有三种常见的处理方法：

使用一个额外的 initialize() 函数来初始化；标记错误状态；或者直接抛出异常。

第一种方式，违背了对象产生和初始化要在一起的原则，强迫用户记住调用一个额外的初始化函数，一旦没有调用直接使用了其他函数，其行为很可能是未定义的。
标记状态的方法在实践中相当丑陋，因为在使用前总是需要判断它是否「真的创建成功了」。
最直接的方法还是在构造函数中抛出异常。构造函数抛出异常以后析构函数是不会被调用的，所以如果你在构造函数里面申请了内存或者打开了资源，需要在异常产生时关闭。

如何在构造函数中捕获异常，语法方面具体怎么写可以参考原文，也请自行学习。

ps 整篇笔记主要参考自如何处理C++构造函数中的错误，作者的专业知识值得肯定，但文字功底就不敢恭维了：有些描述起承转合很是僵硬，逻辑上毫无关系的两句话竟然用的逗号衔接，有些段落在文字顺序、排版上强加因果，误导读者。总之，文章很不错，如果读到某个地方觉得别扭，考虑重组语句，甚至重组段落。

std::expected

错误处理的新方式。但其作为一项提案，截止到 2019 年 3 月尚未成为标准。

Error Handling in C++ or: Why You Should Use Eithers in Favor of Exceptions and Error-codes

The return-codes mindset
The Java mindset
Organizing the exception classes around the physical thrower rather than the logical reason for the throw
Using the bits / data within an exception object to differentiate different categories of errors
Designing exception classes on a subsystem by subsystem basis
Use of raw (as opposed to smart) pointers
Confusing logical errors with runtime situations

C/C++ 对错误的处理

使用返回值的缺点

其他传统的错误处理方式

推荐使用异常

怎么用好 exception

构造函数中的错误

std::expected