Linux C++ 错误处理指南

在 Linux 环境下使用 C++ 开发时，有效的错误处理是编写健壮软件的关键。以下是一些主要的错误处理技术和方法：

1. 传统 C 风格错误处理

虽然 C++ 提供了更现代的错误处理机制，但在与 Linux 系统 API 交互时仍经常使用 C 风格错误处理：

#include <cerrno>  // 包含 errno 宏
#include <cstring> // 包含 strerror

int fd = open("file.txt", O_RDONLY);
if (fd == -1) {
    // 使用 errno 获取错误代码
    std::cerr << "打开文件失败: " << strerror(errno) << std::endl;
    // 或者使用 perror
    perror("打开文件失败");
}

2. C++ 异常处理

C++ 提供了更结构化的异常处理机制：

#include <stdexcept>
#include <system_error> // C++11 引入

void processFile(const std::string& filename) {
    std::ifstream file(filename);
    if (!file) {
        // 使用系统错误码构造异常
        throw std::system_error(errno, std::system_category(), filename);
    }

    // 或者抛出自定义异常
    if (someErrorCondition) {
        throw std::runtime_error("自定义错误信息");
    }

    // 处理文件...
}

int main() {
    try {
        processFile("data.txt");
    } catch (const std::system_error& e) {
        std::cerr << "系统错误: " << e.what() << " (code: " << e.code() << ")\n";
    } catch (const std::exception& e) {
        std::cerr << "标准异常: " << e.what() << "\n";
    } catch (...) {
        std::cerr << "未知异常\n";
    }
}

3. C++11/17 增强的错误处理

std::error_code 和 std::error_condition

#include <system_error>

std::error_code ec;
int fd = open("file.txt", O_RDONLY);
if (fd == -1) {
    ec = std::error_code(errno, std::system_category());
    if (ec == std::errc::no_such_file_or_directory) {
        // 处理特定错误
    }
}

std::expected (C++23)

// 需要支持 C++23 或使用类似实现
std::expected<int, std::error_code> openFile(const std::string& path) {
    int fd = open(path.c_str(), O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        return std::unexpected(std::error_code(errno, std::system_category()));
    }
    return fd;
}

// 使用
auto result = openFile("data.txt");
if (!result) {
    std::cerr << "错误: " << result.error().message() << "\n";
} else {
    int fd = *result;
    // 使用文件描述符...
}

4. Linux 系统编程中的错误处理

信号处理

#include <csignal>
#include <cstdlib>

void signalHandler(int sig) {
    std::cerr << "接收到信号: " << sig << std::endl;
    // 清理资源
    exit(EXIT_FAILURE);
}

int main() {
    signal(SIGSEGV, signalHandler); // 段错误
    signal(SIGFPE, signalHandler);  // 算术错误
    // ... 其他信号
}

资源获取即初始化 (RAII)

class FileDescriptor {
    int fd_;
public:
    explicit FileDescriptor(const char* path) : fd_(open(path, O_RDONLY)) {
        if (fd_ == -1) {
            throw std::system_error(errno, std::system_category(), "无法打开文件");
        }
    }

    ~FileDescriptor() {
        if (fd_ != -1) {
            close(fd_);
        }
    }

    // 禁止拷贝
    FileDescriptor(const FileDescriptor&) = delete;
    FileDescriptor& operator=(const FileDescriptor&) = delete;

    // 允许移动
    FileDescriptor(FileDescriptor&& other) noexcept : fd_(other.fd_) {
        other.fd_ = -1;
    }

    // 其他方法...
};

// 使用
try {
    FileDescriptor fd("data.txt");
    // 使用 fd...
} catch (const std::system_error& e) {
    // 处理错误
}

5. 日志记录和调试

#include <syslog.h> // Linux 系统日志

void logError(const std::string& message) {
    // 写入系统日志
    openlog("myapp", LOG_PID | LOG_CONS, LOG_USER);
    syslog(LOG_ERR, "%s", message.c_str());
    closelog();

    // 同时输出到标准错误
    std::cerr << "错误: " << message << std::endl;
}

最佳实践

1. 资源管理：始终使用 RAII 模式管理资源
2. 错误传播：在底层捕获原始错误，在适当层级处理
3. 错误信息：提供足够详细的错误信息，包括上下文
4. 错误恢复：区分可恢复错误和不可恢复错误
5. 性能考虑：在性能关键路径避免使用异常
6. 线程安全：在多线程环境中正确处理错误状态

通过结合这些技术，您可以构建健壮的 Linux C++ 应用程序，能够有效地检测、报告和处理各种错误条件。