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setjmp()和longjmp()函数详解
阅读量:2289 次
发布时间:2019-05-09

本文共 2477 字,大约阅读时间需要 8 分钟。

今天看《unix环境高级编程》发现这两个函数,还挺有用的,在c异常处理、协程等作用很大。

使用方法

我们知道,想要实现函数内的跳转可以使用goto语句,但如果需要从一个函数跳转到另一个函数,goto是不能完成的,那该如何实现呢?

函数间跳转原理

示例代码:

void f(){    //...    Label:    //...}void g(){    //...    GOTO Label;    //...}

首先我们要知道,实现这种类型的跳转,和操作系统中任务切换的上下文切换有点类似,我们只需要恢复 Label 标签处函数上下文即可。函数的上下文包括以下内容:

  • 函数栈帧,主要是栈帧指针BP和栈顶指针SP
  • 程序指针PC,此处为指向 Label 语句的地址
  • 其它寄存器,这是和体系相关的,在 x86 体系下需要保存有的 AX/BX/CX 等等 callee-regs。

这样,在执行 GOTO Label; 这条语句,我们恢复 Label 处的上下文,即完成跳转到 Label 处的功能。

如果你读过 Linux 操作系统进程切换的源码,你会很明白 Linux 会把进程的上下文保存在 task_struct 结构体中,切换时直接恢复。这里我们也可以这样做,将 Label 处的函数上下文保存在某个结构体中,但执行到 GOTO Label 语句时,我们从该结构体中恢复函数的上下文。

原型

#include 
int setjmp(jmp_buf env);

setjmp函数的功能就是将函数在此处的上下文保存在jmp_buf结构体中,以供longjmp从此结构体中恢复。

  • env 即为保存函数上下文的jmp_buf结构体变量;
  • 返回值:如果直接调用该函数,直接返回0;若该函数从longjmp调用返回,返回值为非零值,由longjmp传进来。根据函数的返回值,我们就可以判断setjmp是直接第一次调用,还是从其他地方跳转过来的。
void longjmp(jmp_buf env, int val);

longjmp函数的功能是从jmp_buf结构体中恢复由setjmp保存的上下文,该函数不返回,而是从setjmp函数中返回。

  • 参数 env 是由 setjmp 函数保存过的上下文;
  • 参数 val 表示从 longjmp 函数传递给 setjmp 函数的返回值,如果 val 值为0, setjmp 将会返回1,否则返回 val;
  • longjmp 不直接返回,而是从 setjmp 函数中返回,longjmp 执行完之后,程序就像刚从 setjmp 函数返回一样。

简单实例

#include "stdio.h"#include "setjmp.h"static jmp_buf buf;void second(){    printf("second\n");         // 打印    longjmp(buf,1); // 跳回setjmp的调用处 - 使得setjmp返回值为1}void first(){    second();    printf("first\n"); // 不可能执行到此行}int main(){    if (!setjmp(buf)){        first();        // 进入此行前,setjmp返回0    }else{      // 当longjmp跳转回,setjmp返回1,因此进入此行        printf("main\n");  // 打印     }    return 0;}

输出结果:

这里写图片描述

C 语言异常处理

Java、C# 等面向对象语言中都有异常处理的机制,如下就是典型的 Java 中异常处理的代码,两个数相除,如果被除数为0抛出异常,在函数 f() 中可以获取该异常并进行处理:

double divide(double to, double by) throws Bad {    if(by == 0)        throw new Bad ("Cannot / 0");    return to / by;}void f() {    try {        divide(2, 0);        //...       } catch (Bad e) {        print(e.getMessage());    }    print("done");}

在 C 语言中虽然没有类似的异常处理机制,但是我们可以使用 setjmp 和 longjmp 来模拟实现该功能,这也是这两个函数的一个重要的应用:

static jmp_buf env;double divide(double to, double by){    if(by == 0)        longjmp(env, 1);    return to / by;}void f() {    if (setjmp(env) == 0)        divide(2, 0);    else        printf("Cannot / 0");    printf("done");}

如果复杂一点,可以根据 longjmp 传递的返回值来判断各种不同的异常,来进行区别的处理,代码结构如下:

switch(setjmp(env)):    case 0:         //default        //...    case 1:         //exception 1        //...    case 2:         //exception 2        //...    //...

关于使用 C 语言来处理异常,可以参见,介绍了更多复杂的结构,但无外乎就是 setjmp 和 longjmp 的应用。

下次有时间看看关于这两个函数在协程中的应用,今天就先到这~

参考:

1、
2、

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