C语言下的setjmp longjmp(C 语言异常处理)
2017-10-11 17:58
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在C 语言中,我们不能使用 goto 语句来跳转到另一个函数中的某个 label 处;但提供了两个函数——setjmp 和 longjmp来完成这种类型的分支跳转。后面我们会看到这两个函数在处理异常上面的非常有用。
setjmp 和 longjmp 使用方法
在一个函数内进行跳转,可以使用 goto 语句(几乎所有国内教材都一刀切地教大家尽量不要使用它,但在我看来,这根本不是语言的问题,而是使用该语言的人,看看 Linux 内核中遍地是 goto 语句的应用吧!)但如果从一个函数内跳转到另一个函数的某处,goto 是不能完成的,那该如何实现呢?函数间跳转原理
我们要实现的一个 GOTO 语句(我自己定义的),能实现在函数间进行任意跳转,如下例,在函数 g() 中有条语句GOTO Label; 可以跳转到 f() 函数的 Label: 标签所指向的位置,那么我们该如何实现呢?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。
这就是函数间进行跳转的基本原理,而 C 语言中 setjmp 和 longjmp 就为我们完成了这样的保存上下文和切换上下文的工作。
函数原型
#include <setjmp.h> int setjmp(jmp_buf env);
setjmp 函数的功能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。
参数 env 即为保存上下文的 jmp_buf 结构体变量;
如果直接调用该函数,返回值为 0; 若该函数从 longjmp 调用返回,返回值为非零,由 longjmp 函数提供。根据函数的返回值,我们就可以知道 setjmp 函数调用是第一次直接调用,还是由其它地方跳转过来的。
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 函数保存的上下文,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。
#include <setjmp.h> int main() { 237 jmp_buf env; 238 int i; 239 240 i = setjmp(env); 241 printf("i=%d\n", i); 242 if (i!=0) exit(0); 243 longjmp(env, 3); 244 printf("This line does not get printed\n"); } 程序运行结果: i = 0 i = 3
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,可以参见这篇文章,介绍了更多复杂的结构,但无外乎就是 setjmp 和 longjmp 的应用。
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