8-12 halt（提前退出程序）

本章要介绍的最后一种流程控制语句是终止语句。终止halt语句是一种结束程序运行的流程控制语句。在C++中，终止语句通过函数（而非关键字）实现，因此我们的终止语句将以函数调用的形式呈现。

让我们稍作偏离，回顾程序正常退出时的处理流程。当 main() 函数返回（无论是执行到函数末尾，还是通过 return 语句）时，会发生以下一系列操作：

首先，由于函数即将退出，所有局部变量和函数形参将按常规机制被销毁。

接着，系统会调用名为std::exit()的特殊函数，并将main()的返回值（状态码）作为实参传递。那么std::exit()究竟是什么？

std::exit() 函数

std::exit() 是一个使程序正常终止的函数。正常终止Normal termination意味着程序以预期方式退出。需注意，“正常终止”一词并不暗示程序是否成功（这需要状态码来体现）。例如，假设你编写的程序要求用户输入待处理的文件名。若用户输入了无效文件名，程序可能会返回非零状态码以指示失败状态，但仍属于正常终止。

std::exit() 会执行多项清理操作：首先销毁静态存储期的对象；若涉及文件操作则执行相关清理；最后将控制权交还操作系统，并将传递给 std::exit() 的实参作为状态码返回。

显式调用 std::exit()

尽管在 main() 函数返回后会隐式调用 std::exit()，但也可以显式调用 std::exit() 在程序正常终止前强制终止程序。当以这种方式调用 std::exit() 时，需要包含 cstdlib 头文件。

关键洞察
当 main() 返回时，std::exit 会被隐式调用。

以下是显式使用 std::exit() 的示例：

#include <cstdlib> // for std::exit()
#include <iostream>

void cleanup()
{
    // code here to do any kind of cleanup required
    std::cout << "cleanup!\n";
}

int main()
{
    std::cout << 1 << '\n';
    cleanup();

    std::exit(0); // terminate and return status code 0 to operating system

    // The following statements never execute
    std::cout << 2 << '\n';

    return 0;
}

该程序输出：

请注意，std::exit()调用之后的语句永远不会执行，因为程序已经终止。

尽管在上面的程序中我们从main()函数调用了std::exit()，但std::exit()可以从任何函数调用，以在该点终止程序。

std::exit() 不会清理局部变量

关于显式调用 std::exit() 的重要说明：std::exit() 不会清理任何局部变量（无论是在当前函数中，还是在调用栈上层的函数中）。这意味着，如果您的程序依赖于局部变量自行清理，调用 std::exit() 可能会带来风险。

警告
std::exit() 函数不会清理当前函数中的局部变量，也不会清理调用栈中的变量。

std::atexit

由于 std::exit() 会立即终止程序，您可能需要在终止前手动执行一些清理工作。在此情境下，清理工作包括关闭数据库或网络连接、释放已分配的内存、将信息写入日志文件等操作。

顺带一提……

当应用程序退出时，现代操作系统通常会清理应用程序自身未正确清理的内存。这引出了一个问题：“既然如此，退出时为何还要费心清理？”至少有两个原因：

清理已分配的内存是一种“良好习惯”，你需要在应用程序运行期间使用它来避免内存泄漏。在某些情况下清理而在其他情况下不清理是不一致的，可能导致错误。不正确清理内存还会影响某些工具（如内存分析器）的行为（它们可能无法区分你无意中未清理的内存与你故意不清理的内存——后者是因为你确实无需清理）。

还有其他类型的清理操作可能对程序的可预测行为至关重要。例如，若向文件写入数据后意外退出程序，该数据可能尚未写入文件，导致程序终止时丢失。关闭文件前先写入可确保缓存数据全部写入。或者，您可能需要在程序实际关闭前，将用户会话信息或关闭原因发送至服务器。

在上例中，我们调用了清理函数 cleanup() 来处理清理任务。然而，在每次调用 exit() 之前都手动调用清理函数，不仅增加了程序员的负担，更是错误的温床。

为解决此问题，C++ 提供了 std::atexit() 函数，它允许指定一个函数，该函数将在程序通过 std::exit() 终止时自动调用。

相关内容
我们在第20.1课——函数指针中讨论了将函数作为实参传递的内容。

以下是一个示例：

#include <cstdlib> // for std::exit()
#include <iostream>

void cleanup()
{
    // code here to do any kind of cleanup required
    std::cout << "cleanup!\n";
}

int main()
{
    // register cleanup() to be called automatically when std::exit() is called
    std::atexit(cleanup); // note: we use cleanup rather than cleanup() since we're not making a function call to cleanup() right now

    std::cout << 1 << '\n';

    std::exit(0); // terminate and return status code 0 to operating system

    // The following statements never execute
    std::cout << 2 << '\n';

    return 0;
}

该程序的输出结果与前例相同：

请注意，当我们将 cleanup() 函数作为实参传递时，应使用 cleanup（函数名），而非 cleanup()（后者会实际调用该函数）。

std::atexit() 的优势在于只需调用一次（通常在 main() 函数内部）。由于 std::atexit() 会在退出时自动调用，我们在调用 std::exit() 之前无需额外调用任何清理程序。

关于 std::atexit() 与清理函数的几点说明：首先，当 main() 终止时会隐式调用 std::exit()，因此程序通过此方式退出时，所有通过 std::atexit() 注册的函数都会被调用。其次，注册的函数必须不带参数且无返回值。最后，可通过 std::atexit() 注册多个清理函数，它们将按注册顺序的逆序调用（最后注册的函数将最先执行）。

对于进阶读者

在多线程程序中，调用 std::exit() 可能导致程序崩溃（因为调用 std::exit() 的线程会清理静态对象，而这些对象可能仍被其他线程访问）。为此，C++引入了另一对与std::exit()和std::atexit()功能相似的函数：std::quick_exit()和std::at_quick_exit()。其中std::quick_exit()会正常终止程序，但不会清理静态对象，且可能执行其他类型的清理操作。std::at_quick_exit() 在程序通过 std::quick_exit() 终止时，承担与 std::atexit() 相同的作用。

std::abort 和 std::terminate

C++ 还包含另外两个与终止相关的函数。

std::abort() 函数会导致程序异常终止。异常终止Abnormal termination意味着程序在运行时遇到某种异常错误，无法继续执行。例如，尝试除以 0 就会导致异常终止。std::abort() 不会执行任何清理操作。

#include <cstdlib> // for std::abort()
#include <iostream>

int main()
{
    std::cout << 1 << '\n';
    std::abort();

    // The following statements never execute
    std::cout << 2 << '\n';

    return 0;
}

在后续的第9.6节——断言与static_assert中，我们将看到std::abort被隐式调用的情况。

std::terminate()函数通常与异常机制配合使用（异常将在后续章节详述）。虽然可显式调用std::terminate，但更常见的是在异常未处理时（以及其他少数异常相关场景）隐式调用。默认情况下，std::terminate()会调用std::abort()。

何时应使用halt？

简短的回答是“几乎从不”。销毁局部对象是C++的重要组成部分（尤其涉及类时），而上述函数均不会清理局部变量。异常处理是更优且更安全的错误处理机制。

最佳实践
仅当主函数无法通过安全合理的方式正常返回时才使用halt。若未禁用异常处理，请优先采用异常机制安全处理错误。

提示

虽然应尽量减少显式使用halt指令，但程序仍可能因多种原因意外终止。例如：

应用程序可能因程序错误崩溃（此时操作系统会强制关闭程序）。

用户可能通过各种方式强制终止应用程序。

用户可能关闭（或意外断开）计算机电源。

太阳可能发生超新星爆发，将地球吞噬于巨型火球之中。

设计良好的程序应能承受任意时刻的强制关闭，且影响最小。
典型示例是现代游戏常定期自动保存游戏状态和用户设置，即使未保存时意外关闭，用户也能通过先前自动存档继续游戏，进度损失极小。

posted @ 2026-02-27 17:57 游翔阅读(1) 评论(0) 收藏举报

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