错误处理是任何语言都需要解决的问题，只有不能保证100%的正确运行，就需要有处理错误的机制。异常处理就是其中的一种错误处理方式。

1 过程活动记录（Active Record）

C语言中每当有一个函数调用时，就会在堆栈(Stack)上准备一个被称为AR的结构，抛开具体编译器实现细节的不同，这个AR基本结构如下所示。 

每当遇到一次函数调用的语句，C编译器都会产生出汇编代码来在堆栈上分配这个AR。例如下面的C代码：

void a(int i) { if(i==0){ i = 1; } else { printf("i = %d \n", i); } } int main(int argc, char** argv) { a(1); } 123456789101112131415 123456789101112131415

当程序运行后执行到printf()语句时，堆栈上的AR布局如下： 

2 通过setjmp和longjmp操纵AR，完成任意跳转

那么如何来操纵AR呢，一个可能的方法是，根据局部变量的地址进行推算，例如对于上面的a函数，执行a函数时的当前AR地址就是参数i的地址偏移8个字节，也就是 ((char*)&i) - 8。然而，不同的C编译器，以及不同的硬件平台都会产生不同的AR结构布局，甚至在一些平台上，AR根本不会存放到Stack中。所以这种方式操纵AR是不通用的。

为此，c语言通过库函数的方式提供了操纵AR的统一方法，那就是setjmp和longjmp函数。

int setjmp(jmp_buf jb); void longjmp(jmp_buf jb, int r); 12 12

setjmp用于保存当前AR到jb变量中；  而longjmp用于设置当前AR为jb，并跳转到调用setjmp()；之后的第一个语句处。其结果就相当于回到了setjmp()刚执行完毕，只是偷偷的修改了setjmp的返回值。

setjmp()第一次调用时总是返回0，而通过longjmp(jb,r)跳转后其返回值总是被修改为r，并且r不能为0。这样程序中就很容易根据setjmp()的返回值来判断是否是longjmp()导致了跳转才执行到此。

setjmp/longjmp主要从嵌套的函数调用中跳出来。

#include <stdio.h> #include <setjmp.h> jmp_buf jb; void a(); void b(); void c(); int main() { if(setjmp(jb)==0){ a(); } printf("after a(); \n"); return 0; } void a() { b(); printf("a() is called\n"); } void b() { c(); printf("b() is called\n"); } void c() { printf("c() is called\n"); longjmp(jb, 1); } 1234567891011121314151617181920212223242526272829303132 1234567891011121314151617181920212223242526272829303132

在c()中可以直接跳转到main()中，实际上longjmp不限制跳转的目的地，可以跳转到任意位置并恢复当时的堆栈环境（堆栈平衡）。

3 C语言中实现异常处理

异常处理是错误处理的一种方式，C语言中更常用的错误处理方式是检测函数返回值。

#include <stdio.h> int f1() { if(1/*正确执行*/) { return 1; } else { return -1; } } int f2() { if(0/*正确执行*/) { return 1; } else { return -1; } } int main() { if(f1()<0){ printf("错误处理1\n"); exit(1); } if(f2()<0){ printf("错误处理2\n"); exit(2); } return 0; } 123456789101112131415161718192021222324252627 123456789101112131415161718192021222324252627

上面代码显示了常见的C语言错误处理方式。严谨的软件开发中，必须检测每一次函数调用可能出现的错误，并做相应的处理。造成的后果就是冗长繁琐的代码。为了统一处理错误，C++，C#，Java等现代语言引入了异常处理机制。同样功能的C++代码大概如下：

#include <stdio.h> class Ex1{ }; class Ex2{ }; void f1() { printf("进入f1()\n"); if(0/*正确执行*/){ } else { throw Ex1(); } printf("退出f1()\n"); } void f2() { printf("进入f2()\n"); if(1/*正确执行*/) { } else { throw Ex2(); } printf("退出f2()\n"); } int main() { try{ f1(); f2(); }catch(Ex1 &ex){ printf("处理错误1\n"); exit(1); } catch(Ex2 &ex){ printf("处理错误2\n"); exit(2); } return 0; } 123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142 123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142

程序输出：

进入f1() 处理错误1 12 12

可见，异常处理让代码看起来更加整洁，逻辑代码在一起，错误处理代码在一起。throw后面的语句不再执行，执行流直接跳转到最近的try对应的catch块。

可以推测，

throw要负责两件事情：（1）完成跳转；（2）恢复堆栈AR；try则负责保存当前AR

可见这与setjmp/longjmp基本相当。于是可以在C中近似写成。

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <setjmp.h> jmp_buf jb; void f1() { printf("进入f1()\n"); if(0/*正确执行*/){ } else { longjmp(jb,1); } printf("退出f1()\n"); } void f2() { printf("进入f2()\n"); if(1/*正确执行*/) { } else { longjmp(jb, 2); } printf("退出f2()\n"); } int main() { int r = setjmp(jb); if(r==0){ f1(); f2(); }else if(r==1){ printf("处理错误1\n"); exit(1); }else if(r==2){ printf("处理错误2\n"); exit(2); } return 0; } 1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041 1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041

当然完整的异常处理远比这里的代码要复杂，需要考虑异常的嵌套等，这里仅仅给出最简单的思路。

4 不要在C++中使用setjmp和longjmp

C++为异常处理提供了直接支持。除非极特殊需要，不要再重新实现自己的异常机制，尤其需要说明的是，简单的调用setjmp/longjmp有可能带来问题。如

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <setjmp.h> class MyClass { public: MyClass(){ printf("MyClass::MyClass()\n");} ~MyClass(){ printf("MyClass::~MyClass()\n");} }; jmp_buf jb; void f1() { MyClass obj; printf("进入f1()\n"); if(0/*正确执行*/){ } else { longjmp(jb,1); } printf("退出f1()\n"); } void f2() { printf("进入f2()\n"); if(1/*正确执行*/) { } else { longjmp(jb, 2); } printf("退出f2()\n"); } int main() { int r = setjmp(jb); if(r==0){ f1(); f2(); }else if(r==1){ printf("处理错误1\n"); exit(1); }else if(r==2){ printf("处理错误2\n"); exit(2); } return 0; } 123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748 123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748

g++编译，程序输出：

MyClass::MyClass() 进入f1() 处理错误1 123 123

vc++编译，程序输出：

MyClass::MyClass() 进入f1() MyClass::~MyClass() 处理错误1 1234 1234

longjmp()跳转前局部对象可能并不会析构（g++），也可能析构（VC++），C++标准对此并无明确要求。这种依赖于具体编译器版本的代码是应该避免的。

而C++本身的throw关键字，却能严格保证局部对象构造和析构的成对调用。

5 辩证看待异常处理

为实现异常处理，C++编译器为此必须做更多的工作，也必然导致在AR中直接或间接地存放更多的信息，并产生操作这些信息的汇编代码，最终必然导致运行效率的降低。

另一方面，已经存在大量没有严格使用异常处理C++函数库和类库，兼容的C库更是没有异常的概念，历史的包袱让C++很难完全采用异常处理。在这个方面，Java和C#从头开始，重要的库都实现了标准的异常处理规范，完全采用异常机制切实可行。

有趣的是C++11在标准中删除了异常规范，而且添加了 noexcept关键字来声明一个函数不会抛出异常，可见异常并不是那么受欢迎。

C++编译器也会提供一个禁用异常的选项，下面是VC++中禁用异常的方法。 

然而，C++的STL广泛使用异常，所以实际上使用了STL的C++程序是不可能禁用异常的，要是没有了STL，C++又有什么优势了呢？C++在不断的矛盾冲突中向前发展者。