linux 下 C 编程和make的方法 (十、C版的try catch 捕捉段错误和异常处理)
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哇塞,C语言有try catch吗?当然没有。倒。。可能有人说了,那你野鬼说没有的东西做什么。
这里需要重申一下,所谓正向设计下问题检测的开发方法。正向设计时,在错误检测和问题修复的方法是指:
根据源码分析,在源码中加插检测代码的方式,验证对代码的理解和预判是否正确。
而反向跟踪是根据机器执行动作,反向理解逻辑的运行状态,例如GDB。两者很多方面都很像,但存在一个最主要的区别在于,你是在先验的让程序运行判断是否符合先验,还是在程序的运行中理解代码的逻辑。
例如正向设计的问题判断,如果通过try catch来处理,则表示你已经估计到这里是个潜在可能的错误,而通过运行来验证你的判断是否成立。错误的理解和判断是在对源码的分析上,反之,通过 GDB或者其他IDE加断点的跟踪,属于反向检测运行状态来判断逻辑可能哪里出错。
可惜try catch在C标准里面并没有。这里,就通过指针访问的段错误,来设计一个类似try catch的小玩意。希望新手能通过这个写出其他的try catch。
首先我们要动点C标准里,signal和setjmp的东西,以及GNU C的 glibc函数sigsetjmp,siglongjmp。记得要注意哪些是标准里的,哪些不是,这对以后的平台移植很用作用,哪怕你不移植,但万一别人 要移植,因为你没有区分好,导致别人到处找和平台相关的代码,最后这个代码别人用不了,你的代码又有何价值。
先说一下signal这个函数。这函数的作用就是类似对中断向量表的重载,其实是个重定位工作。中断向量表是什么意思,很简单,就是有一个表,表里面有一 堆函数地址,如果对应的中断发生了,就跳转到该中断对应的中断向量表的对应存储区域的函数里(希望看这句话你别跟着念,眼睛也别花,哈)。如果不重定位这 些函数,则会启用默认的函数。例如给打印个消息,然后让进程停止。如果通过signal 对这个中断向量表进行”重载“,则可以进入你指定的函数。而不会进入默认的方式。
简单举例吧,正常的程序,你在bash上执行 ctrl+C,会让程序停止。实际是怎么发生的呢?
1、键盘发现你按键了,则会发出一个信号,除了按键值本身。该信号是告诉CPU,我有事了,CPU的硬件如果不对这个信号视而不见的话,就会告诉OS,哦,有个硬中断发生。
2、此时,OS就对应的发出个软中断,linux下就是 SIGINT。
3、如果对应你当前进程的自己的”中断向量表“是默认情况,则会OS启动一个函数,这个函数会发出一个kill的工作,要求将你这个进程结束。
4、OS此时发现这个动作。就把你的进程给卡擦了。
而你如果用signal“重载”这个中断,则此时原先默认函数不会执行,你会发现,你的程序该做什么还是做什么,除非你的新函数仍然要求kill掉你这个进程。
那么对于段错误,也存在一个中断,是由谁产生的? MMU,硬件产生的。OS获取这个错误之后,就会到对应进程的“中断向量表”找你是否重载过这个对应的中断响应函数,当然这中间还有些其他工作比如中断屏 蔽方面的检查工作等,我就不展开了。由此,如果你写了一个新的函数,则可以不用退出,可以处理些自己的想做的事情。
但是很讨厌的一个问题,如果是你的进程出错,而且出错的理由是对一个不正确的内存空间进行读写操作,无论你执行多少次,这个错误仍然存在。因为你的代码产 生个由MMU发出的段错误的中断,此时你的代码被强行挂起来,就是说现在轮不到你玩了,然后OS处理对应的中断响应,就是你写的代码,而写的那个函数执行 完毕后,如果不kill或者其他动作,你的代码还会被再次执行。那么你的进程会怎么执行呢?在你上次错的地方继续执行。。。。这就郁闷大发了。因为再次产 生个错误,此时又会进入你的中断响应函数。
于是乎,你会发现,你的屏幕在不停的打印东西,如果你的那个函数内有条printf想提醒你,进入了这个函数了。
此时,我们就需要动点手段了。这里要谈一下setjmp ,和longjmp,最终会用到sigsetjmp,siglongjmp,注意,这两玩意不是C标准的,glibc支持,其他的一些C环境也支持,我不一一列出来了。可以查资料。
先说setjmp, longjmp。上下文这个词在OS里,特别进程管理部分经常提到,什么意思呢?简单说就是现场环境,不过只是CPU里面的,包括指令的位置(其实也是在 寄存器里),常规寄存器里的内容(也包括堆栈指针寄存器),和外部存储器就是内存没有关系。
继续举例吧。
假设,剧场正在上演一个话剧,还没结束呢。结果通知,立刻清场,为什么,领导要来开会,你别问为什么,领导就是领导,优先级高,此时你怎么办,那就和观众 商量一下,我们把现场记录下来,台词说哪也记录下来,等领导开完会咱们接着看,此时剧场的情况清点记录完毕,并清理干净,等领导开会,会开完了,再根据被 打断时的场景进行恢复,则此时观众可以连贯的继续看下去。
另一个例子就是香港的赌王片,赌到高潮的时候,无论是正方的叛徒还是反方的卧底,无论是用刀还是用枪,反正把男一号给搞伤了,怎么办?封牌局,拿个罩子, 把桌子罩起来,谁也别想改动这些牌的内容。等男二号上时在继续赌,牌是什么情况,肯定没有变过,无论中间穿插了多少其他镜头。假设刚好这个时候有跑龙套的 要用桌子吃午饭,剧组同意了,把桌子给他用,但是桌子上面的东西则原封不动的挪到别的地方。等男二号来,再把跑龙套的赶走,恢复成前面的牌局。
这里剧场场景的记录并切换成领导的会议桌,以及桌子上的牌局挪动,让给跑龙套的吃午饭,都是叫做上下文切换。setjmp的作用就是保存当前进入 setjmp函数时的环境。同时setjmp返回个值为0。以区别longjmp跳转到当前位置。类似函数调用函数,父函数需要保存的现场工作,否则子函 数退出时,父函数也没办法正常继续工作啊。是不是。当然 setjmp所保存的东西必函数调用时保存的要多一些。其实setjmp没什么特色。我自己都写过对应汇编以实现特定硬件上的需求。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,可以在你的代码任意的位置,只要setjmp执行过以后的地方,直接跳,跳哪呢?就是跳到setjmp调用时的位置,这个跳哪 的信息从哪得来的,就是setjmp的参数指向的一个BUF,你在这个BUF里面保存了当前地址。因此,如果多次setjmp同一个buf,则在跳到最后 一次,如果每次setjmp了不同的BUF,那么哪个BUF作为longjmp的参数,就是跳到对应setjmp的位置。此时等同于setjmp被返回, 只不过返回值不为0,由此判断是longjmp过来的。继续举例子。
导演说,第N个镜头。。。然后就开始演,演了一半,穿帮了,导演说,停!此时就是longjmp,longjmp去哪?和你演的这段都没关系。直接到当前这个镜头的开始位置,为什么当前镜头可以拍N多次,就是因为你在镜头开始位置做了一个setjmp。
现在说下sigsetjmp siglongjmp。
sigsetjmp ,siglongjmp比setjmp ,longjmp的组合多了个中断屏蔽信息的存储。此时siglongjmp可以恢复到sigsetjmp出现时的中断屏蔽情况。在后面给出的代码的 test10函数中,特地做了一个setjmp ,longjmp的方式,你会发现,第二次出错,并不会进入normal_longjmp函数。因此此时的中断配置等信息并没有对应记录下来,属于出错后 的情况。
OK。现在说说setjmp longjmp有什么好处。
前面说了。signal对SIGSEGV这个中断的响应函数修改后,函数退出,会再次执行MMU发生错误的代码位置,因此我们要确保函数跳过当前出错的位置,执行到我们希望跳过的代码。类似C++的try catch那样,我们希望有try catch。如下
char *p = "1234";
TRY
p[2] = '1';//这显然是错的嘛
CATCH ;//
则我们可以
1
|
if ( setjmp (buf) == 0){
|
2
|
p[2] = '1' ;
|
3
|
}
|
OK了,为什么这样就可以了呢?因为如果不是longjmp过来的,setjmp始终返回0,则此时必然会执行p[2],如果p[2]不会产生 SIGSEGV的错误,就不会执行longjmp,由此一切照旧,该做什么做什么。如果p[2] = '1'错误,则会发出中断信号 SIGSEGV,而假设我们把 下面SIGNAL_SEGV_DONE这个函数先前用 signal重载过,则此时发生的错误,会导致进入 SIGNAL_SEGV_DONE。如下
1
|
void SIGNAL_SEGV_DONE( int signum){
|
2
|
printf ( "SEG ERROR !\n" );
|
3
|
longjmp (buf,1);
|
4
|
}
|
注意这里第2个参数是返回的值,就是跳转到setjmp的位置,等同于setjmp返回的值,此时等于上面if的条件不成立,则等于跳出了{}。
而如果新手还是想不同,这个1怎么就被返回到setjmp的地方,而且像函数返回一样呢?我就说两个事情。
1、函数的返回值是放在指定寄存器里的,比如ARM是放在r0里的,子函数把要return的值放在r0 里,返回父函数,则父函数对子函数的返回值直接可以从r0里取得(或者不取,如果不存在返回,或者暂时不需要利用这个函数的返回值)
2、一个函数调用另一个函数,没什么深奥的技巧。就是在返回时把寄存器,包括指令寄存器等等恢复成调用前的情况。唯一是指令寄存器还要再加一下,跳过函数调用的那条指令,然后一个跳转,就回到父函数了。
下面给出代码,我是基于malloc_free上面进行的添加,你可以对比第九部分的代码差异。需要非常明确注意的以下几点
1、这里使用的方式,并不完全等同C++的TRY CATCH.但是机理是一样的。和GDB里面的断点中断也是一样的,只不过后者使用了SEGTRAP 这个中断信号
2、signal在注册函数时只需要一次,你别傻傻的如我的DEMO一样,放在检测的函数里。
3、我这里是为了尽可能只用头文件,所以用了static jmp_buf SIGSEGV_buf;做成全局变量也没有关系。
4、如下,对SIGSEGV_BEGIN 和 SIGSEGV_END的使用一定要加宏判断。我暂时没有想到比较好的解决方案,能把两个宏之间的代码描述能自动预编译剔除掉。
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
|
以上代码,等同于
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是一个不进行中断函数注册的例子,你会发现什么事情都没有发生,和以前一样,因为没注册嘛。
test9是个标准的处理方案。
test10,说过了,让你区分longjmp,setjmp 和siglongjmp sigsetjmp的区别。
你可以通过执行
bin/test_malloc_free_main 10
的方式调用test10,其他雷同,如下是代码清单。
malloc_free.h
01
|
#ifndef _malloc_free_H_
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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
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#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
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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
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#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;
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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
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51
|
//ins_typedef_def
|
52
|
53
|
//ins_def
|
54
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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没有任何变化
一下是test_malloc_free_main.c的清单
001
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#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;
|
120
|
for (i = 3 ; i< 10 ; i++,p2++){
|
121
|
if (CHECK_PTR_RANGE(p2,pindex)){
|
122
|
printf ( "p2 bias is %d , check ok\n" ,i);
|
123
|
} else {
|
124
|
printf ( "error bias is %d!\n" ,i);
|
125
|
}
|
126
|
}
|
127
|
p2 = p1;
|
128
|
for (i = 0 ; i< 10 ; i++,p2++){
|
129
|
CHECK_PTR_RANGE_ER(p2,pindex,ptr_count, "test7 func p2" );
|
130
|
}
|
131
|
|
132
|
c_free(p1);
|
133
|
//c_free(0);
|
134
|
return ; //free zero check
|
135
|
}
|
136
|
137
|
#define TEST_MASK 15
|
138
|
TEST_FUNC test_a[TEST_MASK+1]= {test0,test1,test2,test3,test4,test5,test6,test7
|
139
|
,test8,test9,test10,test8,test8,test8,test8,test8};
|
140
|
|
141
|
142
|
int main( int argc, char *argv[]){
|
143
|
int mode;
|
144
|
145
|
printf ( "hello test_malloc_free_main now run...\n" );
|
146
|
MALLOC_FREE_INIT(0);
|
147
|
if (argc < 2){
|
148
|
printf ( "need parameters!\n" );
|
149
|
return 1;
|
150
|
}
|
151
|
mode = atol (argv[1]); //argv[1][0] - '0';
|
152
|
test_a[mode & TEST_MASK]();
|
153
|
|
154
|
printf ( "hello test_malloc_free_main now exit...\n" );
|
155
|
return 0;
|
156
|
}
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希望新手不要怀疑,为什么我刚学习C,就得碰longjmp和信号方面的知识。没办法啊,本来想先说IPC的,进程之间的通信,采用socket。 但是如果你尝试write一个内容,而对应管道实际已经被关闭,会导致你的write 对应的进程自动退出。上面这些方法不用,我们很难继续下去。
新手你就准备开始多读读计算机组成原理,和操作系统的知识吧。谁让你没事找事要学C呢?活该!!!我没别的话可说了。
转载于:https://my.oschina.net/luckystar/blog/79778
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