Mdr-C-Tutorial

14.5 goto 与统一清理 ​

第 5 章已经介绍 goto 的基本语义。取得多个资源后，失败路径可能需要按相反顺序释放已经取得的资源；这时可以把清理出口集中在函数末尾。

1. 典型清理模式 ​

c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int work(void) {
    FILE *fp = NULL;
    int *buf = NULL;
    int rc = -1;

    fp = fopen("data.txt", "r");
    if (fp == NULL) {
        goto out;
    }

    buf = malloc(1024 * sizeof *buf);
    if (buf == NULL) {
        goto out;
    }

    rc = 0;

out:
    free(buf);
    if (fp != NULL) {
        fclose(fp);
    }
    return rc;
}

这类写法比多层 if 嵌套更容易保证“每条失败路径都能完整释放资源”。

2. 与可变修改类型的约束 ​

goto 不能从某个作用域外部跳入声明了可变修改类型对象（例如变长数组 int a[n];）的内部作用域。遇到这类结构时，应改写控制流或调整作用域，而不是强行跳入。

3. 清理标签应保持幂等 ​

统一失败出口通常会执行“可能已经执行过，也可能还没执行”的释放逻辑，因此标签后的清理代码应尽量写成幂等形式：free(NULL) 允许直接调用，文件句柄在关闭前先判空，状态位在释放后及时复位。这样一来，不同失败路径复用同一标签时更不容易出现二次释放或漏释放。

c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int load_all(void) {
    FILE *fp = NULL;
    char *buf = NULL;
    int rc = -1;

    fp = fopen("a.txt", "rb");
    if (fp == NULL) {
        goto out;
    }

    buf = malloc(4096);
    if (buf == NULL) {
        goto out;
    }

    rc = 0;

out:
    free(buf);
    if (fp != NULL) {
        fclose(fp);
    }
    return rc;
}

4. 习题 ​

#11418
⚡2⏳2

以第 1 节的 work() 为例回答：

  1. fopen 失败时，函数返回什么？执行了哪些释放动作？
  2. fopen 成功而 malloc 失败时，函数返回什么？执行了哪些释放动作？
  3. 两次取得资源的调用都成功时，函数返回什么？
  4. 把 int rc = -1; 改成 int rc = 0;，哪些路径的行为会出错？调用方看到的是什么？
  5. work() 的出口先 free(buf)，再判 fp 是否为空。若 fopen 失败直接跳到出口，buf 与 fp 各是什么值？为什么 free(buf) 不需要判空，而 fclose(fp) 必须判空？
#11419
⚡3⏳3

下面的函数想用统一清理，但清理代码不能应付所有失败路径：

c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int load(const char *path, size_t size) {
    int rc = -1;

    FILE *fp = fopen(path, "rb");
    if (fp == NULL) {
        goto out;
    }

    char *buf = malloc(size);
    if (buf == NULL) {
        goto out;
    }

    rc = 0;

out:
    free(buf);
    fclose(fp);
    return rc;
}

(1) 分别说明 fopen 失败、malloc 失败两条路径执行到 out: 时 buf 与 fp 的值。哪条路径上有未定义行为，共有几处？另一条路径为什么没有？

(2) 用 -std=c17 -Wall -Wextra 编译，记下警告；如果你用的是 GCC，再加 -Wjump-misses-init 试一次。运行程序：load("no_such_file", 64) 在你的实现上可能直接崩溃，也可能若无其事地跑完。说明为什么后一种情况不能当作“代码没错”的证据。

(3) 按本节的写法修正：把两个指针都在函数开头初始化为 NULL，让清理代码只依赖这两个初值。贴出修正后的完整函数，并说明修正后 free 与 fclose 各自是否需要判空。

#11420
⚡4⏳3

下面的函数把累计和与变长数组放在一起，用 goto 跳到统一出口：

c
int sum_positive(int n) {
    int total = 0;
    if (n <= 0) {
        goto out;
    }
    int values[n];
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        values[i] = i;
        total += values[i];
    }
out:
    return total;
}

(1) 编译这段代码，贴出错误信息，说明编译器拒绝的是哪一步跳转。

(2) 解释这条限制的理由：如果允许跳入，values 的长度由谁决定？

(3) 给出两种改写，都保持 n <= 0 时返回 0、n > 0 时返回前 n 个非负整数之和：

  • 把变长数组和循环包进一个内层块，标签留在块外；
  • 不再用 goto，改为在 n <= 0 时直接返回。

分别编译验证，用 n = 4 与 n = 0 各运行一次，输出应为 6 与 0。

(4) 另一个人把 int values[n]; 挪到 if 前面，编译通过了。说明为什么编译能过，以及 n <= 0 时这个改法为什么仍然不能用。你在自己机器上试运行 sum_positive(0) 得到的结果，能作为这个改法正确的证据吗？

#11421
⚡5⏳4

写一个按块复制的文件复制函数，全部失败路径走同一个出口：

c
int copy_file(const char *src, const char *dst);

要求：

  1. 以二进制方式打开 src，再以二进制写方式创建 dst；缓冲区用 malloc 申请 4096 字节。
  2. 用 fread / fwrite 按块复制，块长 4096。只有 fread 返回小于块长且 ferror(in) 为假时才算正常读完。
  3. 所有失败路径都 goto out，出口按“后取得先释放”的顺序清理。
  4. 成功路径上先 fflush 输出流、再 fclose，两者的返回值都要检查，写入失败要能被发现。出口负责关闭所有仍然打开的流；无论从哪条路径到达出口，同一个流都不得关闭两次。
  5. 失败时删除输出文件，但仅当 dst 的 fopen 已经成功过。源文件打不开时，输出文件不能碰。为此用一个标志记录 dst 是否已经打开。
  6. 成功返回 0，失败返回 -1。main 在失败时向标准错误输出 copy failed 并以状态 1 结束；参数个数不对时输出用法并以状态 2 结束。

验收：

  • 用 -std=c17 -Wall -Wextra -Werror 编译无警告。
  • 复制一个文本文件，cmp 两个文件无差异。
  • 复制一个 10000 字节的二进制文件（大于两个块），cmp 无差异。
  • src 不存在时输出 copy failed、状态 1，且不留下空的 dst。
  • dst 指向不存在的目录时同样失败，状态 1。
  • 先往 dst 写一行旧内容，再用不存在的 src 复制：失败后旧内容仍在。

最后回答：第 4 条要求在成功路径上关闭输出流，以便检查 fclose 的返回值。如果关闭之后只在第 5 条的标志里记一笔，却不把 out 指针本身置空，成功返回走到出口时会发生什么？