【C语言学习笔记】39. 错误处理、递归

news2024/9/22 5:31:41

前言

C 语言不提供对错误处理的直接支持,但是作为一种系统编程语言,它以返回值的形式允许您访问底层数据。

错误处理

C 语言不提供对错误处理的直接支持,但是作为一种系统编程语言,它以返回值的形式允许您访问底层数据。在发生错误时,大多数的 C 或 UNIX 函数调用返回 1 或 NULL,同时会设置一个错误代码 errno,该错误代码是全局变量,表示在函数调用期间发生了错误。您可以在 errno.h 头文件中找到各种各样的错误代码。

所以,C 程序员可以通过检查返回值,然后根据返回值决定采取哪种适当的动作。开发人员应该在程序初始化时,把 errno 设置为 0,这是一种良好的编程习惯。0 值表示程序中没有错误。

errno、perror() 和 strerror()

C 语言提供了 perror() 和 strerror() 函数来显示与 errno 相关的文本消息。

perror() 函数显示您传给它的字符串,后跟一个冒号、一个空格和当前 errno 值的文本表示形式。
strerror() 函数,返回一个指针,指针指向当前 errno 值的文本表示形式。
让我们来模拟一种错误情况,尝试打开一个不存在的文件。您可以使用多种方式来输出错误消息,在这里我们使用函数来演示用法。另外有一点需要注意,您应该使用 stderr 文件流来输出所有的错误。

实例

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
 
extern int errno ;
 
int main ()
{
   FILE * pf;
   int errnum;
   pf = fopen ("unexist.txt", "rb");
   if (pf == NULL)
   {
      errnum = errno;
      fprintf(stderr, "错误号: %d\n", errno);
      perror("通过 perror 输出错误");
      fprintf(stderr, "打开文件错误: %s\n", strerror( errnum ));
   }
   else
   {
      fclose (pf);
   }
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

错误号: 2
通过 perror 输出错误: No such file or directory
打开文件错误: No such file or directory

被零除的错误

在进行除法运算时,如果不检查除数是否为零,则会导致一个运行时错误。

为了避免这种情况发生,下面的代码在进行除法运算前会先检查除数是否为零:

实例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int main()
{
   int dividend = 20;
   int divisor = 0;
   int quotient;
 
   if( divisor == 0){
      fprintf(stderr, "除数为 0 退出运行...\n");
      exit(-1);
   }
   quotient = dividend / divisor;
   fprintf(stderr, "quotient 变量的值为 : %d\n", quotient );
 
   exit(0);
}

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

除数为 0 退出运行…

程序退出状态

通常情况下,程序成功执行完一个操作正常退出的时候会带有值 EXIT_SUCCESS。在这里,EXIT_SUCCESS 是宏,它被定义为 0。

如果程序中存在一种错误情况,当您退出程序时,会带有状态值 EXIT_FAILURE,被定义为 -1。所以,上面的程序可以写成:

实例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
main()
{
   int dividend = 20;
   int divisor = 5;
   int quotient;
 
   if( divisor == 0){
      fprintf(stderr, "除数为 0 退出运行...\n");
      exit(EXIT_FAILURE);
   }
   quotient = dividend / divisor;
   fprintf(stderr, "quotient 变量的值为: %d\n", quotient );
 
   exit(EXIT_SUCCESS);
}

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

quotient 变量的值为 : 4

递归

递归指的是在函数的定义中使用函数自身的方法。

举个例子:
从前有座山,山里有座庙,庙里有个老和尚,正在给小和尚讲故事呢!故事是什么呢?“从前有座山,山里有座庙,庙里有个老和尚,正在给小和尚讲故事呢!故事是什么呢?‘从前有座山,山里有座庙,庙里有个老和尚,正在给小和尚讲故事呢!故事是什么呢?……’”

语法格式如下:

void recursion()
{
   statements;
   ... ... ...
   recursion(); /* 函数调用自身 */
   ... ... ...
}
 
int main()
{
   recursion();
}

流程图:
请添加图片描述

C 语言支持递归,即一个函数可以调用其自身。但在使用递归时,程序员需要注意定义一个从函数退出的条件,否则会进入死循环。

递归函数在解决许多数学问题上起了至关重要的作用,比如计算一个数的阶乘、生成斐波那契数列,等等。

数的阶乘

下面的实例使用递归函数计算一个给定的数的阶乘:

实例

#include <stdio.h>
 
double factorial(unsigned int i)
{
   if(i <= 1)
   {
      return 1;
   }
   return i * factorial(i - 1);
}
int  main()
{
    int i = 15;
    printf("%d 的阶乘为 %f\n", i, factorial(i));
    return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

15 的阶乘为 1307674368000.000000

斐波那契数列

下面的实例使用递归函数生成一个给定的数的斐波那契数列:

实例

#include <stdio.h>
 
int fibonaci(int i)
{
   if(i == 0)
   {
      return 0;
   }
   if(i == 1)
   {
      return 1;
   }
   return fibonaci(i-1) + fibonaci(i-2);
}
 
int  main()
{
    int i;
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
       printf("%d\t\n", fibonaci(i));
    }
    return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

0
1
1
2
3
5
8
13
21
34

递归与递归栈

  1. 电脑空间大致分Heap(堆)和Stack(栈)两种。

    栈是用于函数的空间。
    电脑调用一个函数,就会使用一层栈;
    相反,电脑中一个函数结束(return),就会释放这一层栈,连同在这层栈(这个函数)中定义的所有东西。
    不在栈中的,应该就在堆中。(这就是定义全区变量与局部变量的用处)
    如果调用太多层栈(太多个函数),电脑就会暴空间!
    所以说,调用递归函数,就会一层一层地压栈,电脑就会暴空间!(并不代表不建议用递归,只是作提示而已)

  2. 递归,就是递(一层一层地调用),归(一层一层地返回),这样会费很多时间!容易超时!

    但是,我并不是说不用递归,而是说能用递推算法的,最好不用递归算法,(原因你知道)。

  3. 递归,是一种算法,特点:函数调用本身。

  4. 我们在(1.)说过了,在此说一下:数据结构——栈,可以用递归来实现。

  5. 递归写出来的C程序一般都很简洁。

    如:求阶乘
    普通:

    long long int fac(int n) {
     if (n < 0) return -1;
     if (n == 0) return 1;
     long long int sum = 1;
     for (int i = 2;i <= n;i ++)
      sum *= i;
     return sum;
    }
    

    递归:

    long long int fac(int n) {
     if (n < 0) return -1;
     if (n == 0) return 1;
     return n * fac(n - 1);
    }
    
  6. 有些算法,如搜索与回溯算法,广度优先搜索算法,分治(二分),都用到递归。

递归解决问题的思路

递归是一个简洁的概念,同时也是一种很有用的手段。但是,使用递归是要付出代价的。与直接的语句(如while循环)相比,递归函数会耗费更多的运行时间,并且要占用大量的栈空间。递归函数每次调用自身时,都需要把它的状态存到栈中,以便在它调用完自身后,程序可以返回到它原来的状态。未经精心设计的递归函数总是会带来麻烦。

采用递归方法来解决问题,必须符合以下三个条件:

1、可以把要解决的问题转化为一个新问题,而这个新的问题的解决方法仍与原来的解决方法相同,只是所处理的对象有规律地递增或递减。

说明:解决问题的方法相同,调用函数的参数每次不同(有规律的递增或递减),如果没有规律也就不能适用递归调用。

2、可以应用这个转化过程使问题得到解决。

说明:使用其他的办法比较麻烦或很难解决,而使用递归的方法可以很好地解决问题。

3、必定要有一个明确的结束递归的条件。

说明:一定要能够在适当的地方结束递归调用。不然可能导致系统崩溃。

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