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setjump和longjump函数及使用注意事项,C语言setjump和longjump函数详解

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前面已经阐述过,对错误处理而言,goto 语句只能是在函数的局部作用域内跳转,而不能实现跨函数跳转。但在实际错误处理中,经常会遇到这样的场景:在一个深度嵌套的函数调用中发生了错误,需要放弃当前任务,从多层函数调用中返回,并且在较高层级的函数中继续执行(或许是在 main() 函数中)。要做到这一点,可以让每个函数都返回一个状态值,由函数的调用者检查并做相应处理。

很显然,遇到这种场景,goto 语句就显得无能为力了,而 setjmp 宏和 longjmp 函数组合就提供了这一功能,它们能够提供一种在程序中实现“非本地局部跳转”(non-local goto)的机制。其原型定义如下:
int setjmp(jmp_buf env);
void longjmp(jmp_buf env, int value);
从上面的原型定义中可以看出,setjmp 宏与 longjmp 函数都使用 jmp_buf 结构作为形参以保存程序当前的堆栈环境,它们的调用关系是这样的:

程序首先需要调用 setjmp 宏函数来初始化 jmp_buf 结构体变量 env,并将当前的堆栈环境信息存入 env 中,为以后调用 longjmp 函数恢复原来环境信息时使用。如果是直接调用 setjmp,那么它的返回值为 0;如果由于调用 longjmp 函数而调用 setjmp,那么它的返回值为非 0。由此可见,setjmp 宏函数能返回两次:
  • 第一次是初始化时,返回值为 0。
  • 第二次则是在遇到 longjmp 函数调用后,longjmp 函数将使 setjmp 发生第二次返回,返回值由 longjmp 函数的第二个参数给出,返回值为非 0。

相对于 setjmp 函数用于保存程序的运行时的当前堆栈环境,longjmp 函数则用于恢复在先前程序中调用 setjmp 函数时所保存的堆栈环境。当调用 longjmp 函数时,它会根据变量 env 所保存的堆栈环境来恢复先前的环境。与此同时,longjmp 函数的 value 参数值会被 setjmp 函数返回,程序继续得以执行。如下面的示例代码所示:
#include <stdio.h>
#include <setjmp.h>
jmp_buf buf;
void F2(void)
{
    printf("F2()n");
    longjmp(buf,1);
}
void F1(void)
{
    F2();
    printf("F1()n");
}
int main(void)
{
    int jmpret = setjmp(buf);
    if(!jmpret)
    {
        F1();
    }
    else
    {
        printf("继续执行mainn");
    }
    return 0;
}
运行结果为:
F2()
继续执行main

从上面的代码中可以看出,对 goto 语句而言,setjmp 宏与 longjmp 函数不仅能够实现跨函数的全局跳转,而且其错误处理方式也比 goto 语句优雅得多。但是,在使用 setjmp 宏与 longjmp 函数进行错误处理时,必须注意如下两点。

1)setjmp 宏与 longjmp 函数组合使用时,它们必须有严格的先后执行顺序。

也就是说,必须先调用 setjmp 来初始化 jmp_buf 结构体变量 env 之后,才能够调用 longjmp 函数来恢复到先前被保存的堆栈环境(即程序执行点)。如果在 setjmp 调用之前执行 longjmp 函数,那么将导致程序的执行流变得不可预测,很容易导致程序崩溃而退出。

2) longjmp函数必须在setjmp的作用域之内。

在一个函数中使用 setjmp 来初始化一个全局变量(jmp_buf buf)buf 之后,只要这个函数没有被返回,那么在其他任何地方都可以通过 longjmp 调用来跳转到 setjmp 的下一条语句执行。也就是说,setjmp 将发生调用处的局部堆栈环境保存在一个 jmp_buf 结构体变量 env 中,只要主调函数中对应的内存未曾释放,在调用 longjmp 的时候就可以根据已保存的 jmp_buf 参数恢复到 setjmp 的地方执行。

其实,从上面的程序示例代码中不难看出,如果说 goto 语句使程序变得难以阅读,那么 setjmp 宏与 longjmp 函数组合这种非局部跳转会让整个代码的糟糕程度增加一个数量级,因为它能在程序中的任意多个函数间传递控制。因此,应当谨慎使用它们,尽可能避免在实际编码中使用 setjmp 宏与 longjmp 函数组合。尽管如此,在编写信号处理器时,它们偶尔还是会派上用场的。

最后,需要注意的是,无论使用什么样的错误处理方式,都不要忘记发现程序中错误的最好方法其实是执行程序,对代码进行逐条跟踪,这样可以观察数据在函数中的流动,同时检查出类似于上溢和下溢错误、数据转换错误、NULL 指针错误、错误的内存单元、用 = 代替 ==、运算优先级错误、逻辑运算等错误。
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