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将对setjmp与longjmp的具体使用方法和适用的场合,进行一个非常全面的阐述。

2011-09-13 22:38 501 查看
int setjmp(jmp_buf jmpb) 设置缓冲区来保存堆栈的内容,将保存的上下文存入进程的自身的数据空间(u区),并继续在当前的上下文中执行,一旦碰到了longjmp,进城就从该进程 的u区,取出先前保存的上下文,并恢复该进程的上下文为先前保存的上下文。这时核心将使得进程从setjmp处执行(摘自:unix平台下c语言高级编程 指南)
void longjmp(jmp_buf jmpb, int retval) 使进程返回到 setjmp处执行,retval 表示此时setjmp的返回值。
longjmp必须在setjmp调用之后,而且longjmp必须在setjmp的作用域之内。具体来说,在一个函数中使用setjmp来初始化一个全局标号,然后只要该函数未曾返回,那么在其它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。实际上setjmp函数将发生调用处的局部环境保存在了一个jmp_buf的结构当中,只要主调函数中对应的内存未曾释放 (函数返回时局部内存就失效了),那么在调用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。

setjmp函数的返回值(直接返回时为0,longjmp跳转返回时为longjmp的状态参数retval,根据setjmp的返回值就可以判断程序是 正常执行还是进行异常处理。

将对setjmp与longjmp的具体使用方法和适用的场合,进行一个非常全面的阐述。

另外请特别注意,setjmp函数与longjmp函数总是组合起来使用,它们是紧密相关的一对操作,只有将它们结合起来使用,才能达到程序控制流有效转移的目的,才能按照程序员的预先设计的意图,去实现对程序中可能出现的异常进行集中处理。

  与goto语句的作用类似,它能实现本地的跳转

  这种情况容易理解,不过还是列举出一个示例程序吧!如下:

void main( void )

{

int jmpret;
jmpret = setjmp( mark );

if( jmpret == 0 )

{

// 其它代码的执行

// 判断程序远行中,是否出现错误,如果有错误,则跳转!

if(1) longjmp(mark, 1);
// 其它代码的执行

// 判断程序远行中,是否出现错误,如果有错误,则跳转!

if(2) longjmp(mark, 2);
// 其它代码的执行

// 判断程序远行中,是否出现错误,如果有错误,则跳转!

if(-1) longjmp(mark, -1);
// 其它代码的执行

}

else

{

// 错误处理模块

switch (jmpret)

{

case 1:

printf( "Error 1\n");

break;

case 2:

printf( "Error 2\n");

break;

case 3:

printf( "Error 3\n");

break;

default :

printf( "Unknown Error");

break;

}

exit(0);

}
return;

}

  上面的例程非常地简单,其中程序中使用到了异常处理的机制,这使得程序的代码非常紧凑、清晰,易于理解。在程序运行过程中,当异常情况出现后,控制流是进行了一个本地跳转(进入到异常处理的代码模块,是在同一个函数的内部),这种情况其实也可以用goto语句来予以很好的实现,但是,显然setjmp与 longjmp的方式,更为严谨一些,也更为友善。程序的执行流如图。



[align=center][/align]

setjmp与longjmp相结合,实现程序的非本地的跳转

  呵呵!这就是goto语句所不能实现的。也正因为如此,所以才说在C语言中,setjmp与longjmp相结合的方式,它提供了真正意义上的异常处理机制。其实上一篇文章中的那个例程,已经演示了longjmp函数的非本地跳转的场景。这里为了更清晰演示本地跳转与非本地跳转,这两者之间的区别,我们在上面刚才的那个例程基础上,进行很小的一点改动,代码如下:

void Func1()

{

// 其它代码的执行

// 判断程序远行中,是否出现错误,如果有错误,则跳转!

if(1) longjmp(mark, 1);

}
void Func2()

{

// 其它代码的执行

// 判断程序远行中,是否出现错误,如果有错误,则跳转!

if(2) longjmp(mark, 2);

}
void Func3()

{

// 其它代码的执行

// 判断程序远行中,是否出现错误,如果有错误,则跳转!

if(-1) longjmp(mark, -1);

}
void main( void )

{

int jmpret;
jmpret = setjmp( mark );

if( jmpret == 0 )

{

// 其它代码的执行
// 下面的这些函数执行过程中,有可能出现异常

Func1();
Func2();
Func3();
// 其它代码的执行

}

else

{

// 错误处理模块

switch (jmpret)

{

case 1:

printf( "Error 1\n");

break;

case 2:

printf( "Error 2\n");

break;

case 3:

printf( "Error 3\n");

break;

default :

printf( "Unknown Error");

break;

}

exit(0);

}
return;

}

  回顾一下,这与C++中提供的异常处理模型是不是很相近。异常的传递是可以跨越一个或多个函数。这的确为C程序员提供了一种较完善的异常处理编程的机制或手段。

setjmp和longjmp使用时,需要特别注意的事情

  1、setjmp与longjmp结合使用时,它们必须有严格的先后执行顺序,也即先调用setjmp函数,之后再调用longjmp函数,以恢复到先前被保存的“程序执行点”。否则,如果在setjmp调用之前,执行longjmp函数,将导致程序的执行流变的不可预测,很容易导致程序崩溃而退出。请看示例程序,代码如下:
class Test

{

public:

Test()

~Test()

}obj;
//注意,上面声明了一个全局变量obj
void main( void )

{

int jmpret;
// 注意,这里将会导致程序崩溃,无条件退出

Func1();

while(1);
jmpret = setjmp( mark );

if( jmpret == 0 )

{

// 其它代码的执行
// 下面的这些函数执行过程中,有可能出现异常

Func1();
Func2();
Func3();
// 其它代码的执行

}

else

{

// 错误处理模块

switch (jmpret)

{

case 1:

printf( "Error 1\n");

break;

case 2:

printf( "Error 2\n");

break;

case 3:

printf( "Error 3\n");

break;

default :

printf( "Unknown Error");

break;

}

exit(0);

}
return;

}
  上面的程序运行结果,如下:

  构造对象

  Press any key to continue
  的确,上面程序崩溃了,由于在Func1()函数内,调用了longjmp,但此时程序还没有调用setjmp来保存一个程序执行点。因此,程序的执行流变的不可预测。这样导致的程序后果是非常严重的,例如说,上面的程序中,有一个对象被构造了,但程序崩溃退出时,它的析构函数并没有被系统来调用,得以清除一些必要的资源。所以这样的程序是非常危险的。(另外请注意,上面的程序是一个C++程序,所以大家演示并测试这个例程时,把源文件的扩展名改为 xxx.cpp)。
  2、除了要求先调用setjmp函数,之后再调用longjmp函数(也即longjmp必须有对应的setjmp函数)之外。另外,还有一个很重要的规则,那就是longjmp的调用是有一定域范围要求的。这未免太抽象了,还是先看一个示例,如下:

int Sub_Func()

{

int jmpret, be_modify;

be_modify = 0;
jmpret = setjmp( mark );

if( jmpret == 0 )

{

// 其它代码的执行

}

else

{

// 错误处理模块

switch (jmpret)

{

case 1:

printf( "Error 1\n");

break;

case 2:

printf( "Error 2\n");

break;

case 3:

printf( "Error 3\n");

break;

default :

printf( "Unknown Error");

break;

}
//注意这一语句,程序有条件地退出

if (be_modify==0) exit(0);

}
return jmpret;

}
void main( void )

{

Sub_Func();
// 注意,虽然longjmp的调用是在setjmp之后,但是它超出了setjmp的作用范围。

longjmp(mark, 1);

}
  如果你运行或调试(单步跟踪)一下上面程序,发现它真是挺神奇的,居然longjmp执行时,程序还能够返回到setjmp的执行点,程序正常退出。但是这就说明了上面的这个例程的没有问题吗?我们对这个程序小改一下,如下:
int Sub_Func()

{

// 注意,这里改动了一点

int be_modify, jmpret;

be_modify = 0;
jmpret = setjmp( mark );

if( jmpret == 0 )

{

// 其它代码的执行

}

else

{

// 错误处理模块

switch (jmpret)

{

case 1:

printf( "Error 1\n");

break;

case 2:

printf( "Error 2\n");

break;

case 3:

printf( "Error 3\n");

break;

default :

printf( "Unknown Error");

break;

}
//注意这一语句,程序有条件地退出

if (be_modify==0) exit(0);

}
return jmpret;

}
void main( void )

{

Sub_Func();
// 注意,虽然longjmp的调用是在setjmp之后,但是它超出了setjmp的作用范围。

longjmp(mark, 1);

}
  运行或调试(单步跟踪)上面的程序,发现它崩溃了,为什么?这就是因为,“在调用setjmp的函数返回之前,调用longjmp,否则结果不可预料” (这在上一篇文章中已经提到过,MSDN中做了特别的说明)。为什么这样做会导致不可预料?其实仔细想想,原因也很简单,那就是因为,当setjmp函数调用时,它保存的程序执行点环境,只应该在当前的函数作用域以内(或以后)才会有效。如果函数返回到了上层(或更上层)的函数环境中,那么setjmp保存的程序的环境也将会无效,因为堆栈中的数据此时将可能发生覆盖,所以当然会导致不可预料的执行后果。
   3、不要假象寄存器类型的变量将总会保持不变。在调用longjmp之后,通过setjmp所返回的控制流中,例程中寄存器类型的变量将不会被恢复。(MSDN中做了特别的说明,上一篇文章中,这也已经提到过)。寄存器类型的变量,是指为了提高程序的运行效率,变量不被保存在内存中,而是直接被保存在寄存器中。寄存器类型的变量一般都是临时变量,在C语言中,通过register定义,或直接嵌入汇编代码的程序。这种类型的变量一般很少采用,所以在使用setjmp和longjmp时,基本上不用考虑到这一点。
  4、MSDN中还做了特别的说明,“在C+ +程序中,小心对setjmp和longjmp的使用,因为setjmp和longjmp并不能很好地支持C++中面向对象的语义。因此在C++程序中,使用C++提供的异常处理机制将会更加安全。”虽然说C++能非常好的兼容C,但是这并非是100%的完全兼容。例如,这里就是一个很好的例子,在C++ 程序中,它不能很好地与setjmp和longjmp和平共处。在后面的一些文章中,有关专门讨论C++如何兼容支持C语言中的异常处理机制时,会做详细深入的研究,这里暂且跳过。
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