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setjmp & longjmp #4
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C 语言中 setjmp 和 longjmp
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
我们都知道要想在一个函数内进行跳转,可以使用 goto 语句(不知怎么该语句在中国学生眼中就是臭名昭著,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?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:
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
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。
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。
简单实例
下面是个简单的例子,虽然还只是函数内跳转,但足以说明这两个函数的功能了。
运行该程序得到的结果为:
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:
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:
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:
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。
参考资料
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