读《编程匠艺—编写卓越的代码》:错误

(J.Robert Oppenheimer):
我们知道,避免犯错误的唯一办法就是找出错误,而找出错误的唯一办法就是要有自由提出问题的权利

在生命中某个时刻,每个人都会有这样的感悟:世界并不按你的期望运转。
错误是不可避免的,我们可以做的是:当糟糕的事情发生了,我们就来处理它。

一、错误从何而来

奥斯卡.王尔德(Oscar Wilde)
卜人之卜,乃当世之圣明

几乎任何操作都会带来意想不到的结果,这种结果与有缺陷的程序中的bug是不同的,因为错误的发生是可预见的。例如,你想打开的数据库可能被删除,磁盘空间随时可能被用完,或你访问的Web服务目前不可用。

如果你不编写代码处理这些错误情况,肯定会遇到bug;但如果错误发生的概率极小,它可能是一个无足轻重的bug。

错误发生的原因可能有几千种,总体可归类为三种:

  • 用户错误
    野蛮的用户粗暴地对待你心爱的程序。也许提供了错误的输入,也许是进行一次完全荒谬的操作。

  • 程序员错误
    用户按下正确的按钮,但代码崩溃了。这是bug引起的,是程序员引入的代码缺陷。未处理的错误会引起bug,bug会导致更多的错误。

  • 意外情况
    用户按下的按钮正确,程序员也没犯错误,它是来自命运之神的捉弄。
    也许是网络连接失败了,也许是打印机墨水用完了,或者是硬盘空间没有剩余了。

二、错误报告机制

在编写代码时,我们需要定义良好的策略应付哪些可能出现的问题。可以在检测到错误时弹出一个消息框来通知用户,也可以在中间层代码检测到错误时向客户端代码自动发送信号。不管如何,都应该有人或代码负责确认错误和对错误作出反应。

1. 不报告
  • 最简单的错误报告机制就是不为错误报告操心。但你的程序可能以一种可以预知的方式运行,甚至崩溃。
  • 还有一种忽略错误的做法,遇到问题立即中止程序。
2. 返回值
  • 第二种简单的机制是从函数返回一个表示成功或失败的值。如使用布尔型返回值TRUEFALSE
  • 一种更高级的方法是列举出所有可能的退出状态,并返回一个相应的原因代码。其中一个值代表成功,其他的值分别代表许多不同的异常终止情况。
  • int count()向下遍历一个链接的列表并返回其元素个数,它如何报告列表的结构已被破坏呢?
    (a).返回一个复合数据类型(或元组),其中包含返回值和一个错误代码。在类C语言中,这种方法相当笨拙并很少见。
    (b).通过一个函数参数返回错误代码。在C++和.NET中,这种参数常通过引用来传递;在C语言中,通过指针来控制对变量的访问。
    (c). 预留一些返回值来表示各种故障。可以指定count()返回负数表示错误原因代码。
3. 错误状态变量
  • 函数将设置一个共享的全局错误变量,而不是返回一个原因代码。在调用函数之后,通过查看状态变量来确定函数是否成功的完成。
  • C语言标准库通过errno变量应用该技术。 但不是所有的C语言标准库函数都使用errno,不能保证前后一致,并且使用任何标准库功能之前,都必须先清除errno。
  • 共享全局变量会带来线程安全问题。
4. 异常
  • 异常是一种管理错误的语言工具;不是所有的语言都支持异常。

  • 异常有助于将正常的执行流程和异常情况(当某个函数失败并且不能按计划完成其功能时)区分开。

  • 当你的代码遇到一个它无法处理的问题时,程序会停止运行,并抛出一个异常(一个代表错误的对象)。在调用堆栈中向后退,直到找到一段异常处理代码。

  • 根据处理异常之后程序运行情况,操作模式分为:
    (a) 终止模式
    程序在捕获【异常的处理程序执行完毕】之后继续执行。C++、.NET和Java语言都采用此种模式。
    (b) 恢复模式
    程序重新从异常出现的地方恢复执行。

5. 信号

三、检查错误

四、处理错误

伏尔泰(Voltaire)
热爱真理,宽恕错误

五、代码示例

六、是地狱浮现

七、管理程序错误

下面是一些对于管理程序错误的出现、检测和处理的主要考虑因素:

  • 避免可以造成错误的事情。例如通过预先保留足够的资源来避免资源分配错误。

  • 定义程序或例程在不正常环境下的预期行为

  • 清晰地定义哪个组件负责处理哪个错误

  • 检查你的编程实践

总结

本杰明.富兰克林(Benjamin Franklin):
人总会犯错,悔过就是圣人,坚持就是恶魔

处理错误和故障是一项艰苦的工作,它使编程陷入现实世界具体细节的泥沼中。然后,它绝对非常重要,因为你所编写的代码由90%是用来处理异常情况的。

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异常安全

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