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setjump和longjump函數及使用注意事項,C語言setjump和longjump函數詳解

前面已經闡述過,對錯誤處理而言,goto 語句只能是在函數的局部作用域內跳轉,而不能實現跨函數跳轉。但在實際錯誤處理中,經常會遇到這樣的場景:在一個深度嵌套的函數調用中發生了錯誤,需要放棄當前任務,從多層函數調用中返回,并且在較高層級的函數中繼續執行(或許是在 main() 函數中)。要做到這一點,可以讓每個函數都返回一個狀態值,由函數的調用者檢查并做相應處理。

很顯然,遇到這種場景,goto 語句就顯得無能為力了,而 setjmp 宏和 longjmp 函數組合就提供了這一功能,它們能夠提供一種在程序中實現“非本地局部跳轉”(non-local goto)的機制。其原型定義如下:
int setjmp(jmp_buf env);
void longjmp(jmp_buf env, int value);
從上面的原型定義中可以看出,setjmp 宏與 longjmp 函數都使用 jmp_buf 結構作為形參以保存程序當前的堆棧環境,它們的調用關系是這樣的:

程序首先需要調用 setjmp 宏函數來初始化 jmp_buf 結構體變量 env,并將當前的堆棧環境信息存入 env 中,為以后調用 longjmp 函數恢復原來環境信息時使用。如果是直接調用 setjmp,那么它的返回值為 0;如果由于調用 longjmp 函數而調用 setjmp,那么它的返回值為非 0。由此可見,setjmp 宏函數能返回兩次:
  • 第一次是初始化時,返回值為 0。
  • 第二次則是在遇到 longjmp 函數調用后,longjmp 函數將使 setjmp 發生第二次返回,返回值由 longjmp 函數的第二個參數給出,返回值為非 0。

相對于 setjmp 函數用于保存程序的運行時的當前堆棧環境,longjmp 函數則用于恢復在先前程序中調用 setjmp 函數時所保存的堆棧環境。當調用 longjmp 函數時,它會根據變量 env 所保存的堆棧環境來恢復先前的環境。與此同時,longjmp 函數的 value 參數值會被 setjmp 函數返回,程序繼續得以執行。如下面的示例代碼所示:
#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("繼續執行main\n");
    }
    return 0;
}
運行結果為:
F2()
繼續執行main

從上面的代碼中可以看出,對 goto 語句而言,setjmp 宏與 longjmp 函數不僅能夠實現跨函數的全局跳轉,而且其錯誤處理方式也比 goto 語句優雅得多。但是,在使用 setjmp 宏與 longjmp 函數進行錯誤處理時,必須注意如下兩點。

1)setjmp 宏與 longjmp 函數組合使用時,它們必須有嚴格的先后執行順序。

也就是說,必須先調用 setjmp 來初始化 jmp_buf 結構體變量 env 之后,才能夠調用 longjmp 函數來恢復到先前被保存的堆棧環境(即程序執行點)。如果在 setjmp 調用之前執行 longjmp 函數,那么將導致程序的執行流變得不可預測,很容易導致程序崩潰而退出。

2) longjmp函數必須在setjmp的作用域之內。

在一個函數中使用 setjmp 來初始化一個全局變量(jmp_buf buf)buf 之后,只要這個函數沒有被返回,那么在其他任何地方都可以通過 longjmp 調用來跳轉到 setjmp 的下一條語句執行。也就是說,setjmp 將發生調用處的局部堆棧環境保存在一個 jmp_buf 結構體變量 env 中,只要主調函數中對應的內存未曾釋放,在調用 longjmp 的時候就可以根據已保存的 jmp_buf 參數恢復到 setjmp 的地方執行。

其實,從上面的程序示例代碼中不難看出,如果說 goto 語句使程序變得難以閱讀,那么 setjmp 宏與 longjmp 函數組合這種非局部跳轉會讓整個代碼的糟糕程度增加一個數量級,因為它能在程序中的任意多個函數間傳遞控制。因此,應當謹慎使用它們,盡可能避免在實際編碼中使用 setjmp 宏與 longjmp 函數組合。盡管如此,在編寫信號處理器時,它們偶爾還是會派上用場的。

最后,需要注意的是,無論使用什么樣的錯誤處理方式,都不要忘記發現程序中錯誤的最好方法其實是執行程序,對代碼進行逐條跟蹤,這樣可以觀察數據在函數中的流動,同時檢查出類似于上溢和下溢錯誤、數據轉換錯誤、NULL 指針錯誤、錯誤的內存單元、用 = 代替 ==、運算優先級錯誤、邏輯運算等錯誤。

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