iOS 異常捕獲涉及 Objective-C/Swift 語言層面、運行時機制及系統底層信號處理，主要分為OC/Swift 異常捕獲、崩潰信號捕獲和自定義異常處理三類，以下從原理、機制到實現細節詳細解析：

一、Objective-C 異常捕獲原理

1. OC 異常的本質

OC 異常基於 NSException 類實現，本質是運行時拋出的對象，通過 @throw 主動拋出或系統自動觸發（如數組越界、未識別的 selector）。異常拋出後會中斷當前代碼執行流程，沿調用棧向上傳播，直到被 @try/@catch 捕獲。

2. @try/@catch 捕獲機制

• 原理：編譯器會將 @try 塊代碼標記為 “受保護區域”，@catch 塊註冊為異常處理器，@finally 塊則確保無論是否捕獲異常都會執行。
• 底層實現：

• 運行時通過 objc_exception_throw 函數拋出異常，該函數會遍歷當前線程的調用棧，尋找匹配的 @catch 處理器；
• 若未找到處理器，最終會調用 objc_terminate 終止程序（即崩潰）。

• 示例：
  objc
  
  

@try {
    NSArray *array = @[@1, @2];
    NSLog(@"%@", array[3]); // 數組越界，拋出 NSRangeException
} @catch (NSException *exception) {
    NSLog(@"捕獲異常：%@", exception.reason); // 捕獲並處理
} @finally {
    NSLog(@"必執行塊");
}

3. 侷限性

• 僅能捕獲OC 層面的異常（如 NSException），無法捕獲底層崩潰（如野指針、內存訪問錯誤）；
• Swift 中默認禁用 OC 異常傳播（需手動開啓），且 Swift 錯誤處理優先使用 Error 協議而非異常。

二、Swift 錯誤處理與異常捕獲

1. Swift 錯誤處理（Error 協議）

Swift 不推薦使用異常，而是通過錯誤拋出（throw）- 捕獲（do-catch） 機制處理預期錯誤，本質是類型安全的錯誤傳遞：

• 遵循 Error 協議的枚舉定義錯誤類型；
• 通過 throws 標記可能拋出錯誤的函數；
• 用 do-catch 捕獲並處理錯誤。
• 示例：swift

enum NetworkError: Error {
    case requestTimeout
    case invalidURL
}

func fetchData(url: String) throws {
    guard url.starts(with: "https") else {
        throw NetworkError.invalidURL
    }
}

do {
    try fetchData(url: "http://example.com")
} catch let error as NetworkError {
    print("網絡錯誤：\(error)")
}

2. Swift 中捕獲 OC 異常

Swift 默認不處理 OC 拋出的 NSException，需通過橋接 OC 代碼或運行時攔截實現捕獲：

• 方式 1：封裝 OC 異常捕獲方法，Swift 調用：
  
  objc

// OC 工具類：ExceptionCatcher.h
+ (BOOL)catchException:(void(^)(void))tryBlock error:(NSError **)error;

objc

// ExceptionCatcher.m
+ (BOOL)catchException:(void(^)(void))tryBlock error:(NSError **)error {
    @try {
        tryBlock();
        return YES;
    } @catch (NSException *exception) {
        *error = [NSError errorWithDomain:exception.name code:-1 userInfo:@{NSLocalizedDescriptionKey: exception.reason}];
        return NO;
    }
}

• Swift 中調用：

swift

var error: NSError?
let success = ExceptionCatcher.catchException({
    let array = NSArray(array: [1,2])
    _ = array[3] // OC 數組越界
}, error: &error)

三、底層崩潰信號捕獲（Signal）

iOS 中大部分崩潰（如野指針、內存錯誤、CPU 異常）屬於底層信號，需通過信號處理器（Signal Handler） 捕獲，原理如下：

1. 信號的本質

信號是操作系統向進程發送的中斷通知，表示發生了異常事件（如內存訪問錯誤對應 SIGSEGV，非法指令對應 SIGILL）。iOS 中常見崩潰信號：

• SIGSEGV：段錯誤（訪問無效內存地址）；
• SIGBUS：總線錯誤（內存對齊錯誤）；
• SIGABRT：程序主動終止（如 abort() 調用）；
• SIGFPE：浮點運算錯誤；
• SIGILL：非法指令。

2. 信號捕獲機制

• 通過 signal() 或 sigaction() 函數註冊自定義信號處理器，攔截系統默認信號處理邏輯；
• 捕獲信號後，可收集崩潰現場信息（調用棧、寄存器、設備信息），保存日誌或上傳服務器。
• 關鍵限制：

• 信號處理器中不能調用 OC/Swift 方法（運行時可能已損壞），需用純 C 代碼實現；
• 部分信號（如 SIGKILL）無法被捕獲或忽略。

3. 實現示例（捕獲 SIGSEGV）

c

運行

// 導入頭文件
#include <signal.h>
#include <execinfo.h>

void handleSignal(int signal) {
    // 收集調用棧
    void *callStack[128];
    int frames = backtrace(callStack, 128);
    char **stackSymbols = backtrace_symbols(callStack, frames);
    
    // 保存日誌（示例：打印到控制枱）
    for (int i = 0; i < frames; i++) {
        printf("%s\n", stackSymbols[i]);
    }
    free(stackSymbols);
    
    // 恢復系統默認處理器（避免死循環）
    signal(signal, SIG_DFL);
    raise(signal); // 讓系統正常終止程序
}

// 註冊信號處理器
void registerSignalHandler() {
    signal(SIGSEGV, handleSignal); // 段錯誤
    signal(SIGBUS, handleSignal);  // 總線錯誤
    signal(SIGABRT, handleSignal); // 程序終止
}

四、Mach 異常捕獲（更底層）

iOS 基於 Mach 內核，信號本質是 Mach 異常的 “上層封裝”。通過註冊Mach 異常端口，可在信號觸發前捕獲更底層的異常：

1. Mach 異常機制

• 每個線程 / 任務都有異常端口（Exception Port），當發生 Mach 異常（如 EXC_BAD_ACCESS），內核會向異常端口發送消息；
• 自定義異常端口可攔截這些消息，實現比信號更早期的異常處理。

2. 實現步驟

• 創建 Mach 端口並註冊為線程 / 任務的異常端口；
• 啓動後台線程監聽異常端口消息；
• 解析異常信息（如異常類型、線程 ID、地址），收集崩潰數據。

注意：Mach 異常捕獲需處理內核級消息交互，實現複雜，通常用於專業崩潰監控框架（如 Crashlytics、Bugly）。

五、崩潰捕獲框架原理（以 PLCrashReporter 為例）

主流崩潰監控框架（如 PLCrashReporter、KSCrash）整合了信號捕獲、Mach 異常捕獲和OC 異常捕獲，核心流程：

1. 啓動時註冊信號處理器和 Mach 異常端口；
2. 異常發生時，暫停所有線程（避免數據競爭）；
3. 通過 backtrace()/dladdr() 解析調用棧，還原符號（類名、方法名）；
4. 將崩潰信息（調用棧、設備信息、系統版本）保存到本地日誌；
5. 下次啓動時上傳日誌到服務器。

六、關鍵注意事項

1. 異常捕獲的時效性：

• OC @try/@catch 僅能捕獲預期異常，無法處理底層崩潰；
• 信號 / Mach 異常捕獲需在程序啓動早期註冊（如 main 函數開始時），避免遺漏崩潰。

2. 線程安全：

• 信號處理器中不能操作共享資源（如全局變量），需用原子操作或鎖；
• 捕獲崩潰後應儘快終止程序，避免不穩定狀態。

3. 符號還原：

• 崩潰日誌中的地址需通過 dSYM 文件和 atos 工具還原為可讀符號（類名、方法名）。

總結

iOS 異常捕獲需分層處理：

• OC 層面：用 @try/@catch 處理 NSException；
• Swift 層面：用 do-catch 處理 Error，通過橋接 OC 捕獲 NSException；
• 底層崩潰：用信號處理器捕獲系統信號，通過 Mach 異常捕獲更底層錯誤；
• 實際開發中，推薦使用成熟框架（如 PLCrashReporter）實現全量崩潰監控，同時在業務層用 do-catch/@try/@catch 處理預期錯誤。