setjmp and longjmp

本文介绍C语言中的setjmp和longjmp函数,这两种函数用于实现非局部跳转,从而处理异常情况。文章通过示例展示了如何使用这两个函数进行异常处理。
setjmp


与刺激的abort()和exit()相比,goto语句看起来是处理异常的更可行方案。不幸的是,goto是本地的:它只能跳到所在函数内部的标号上,而不能将控制权转移到所在程序的任意地点(当然,除非你的所有代码都在main体中)。
为了解决这个限制,C函数库提供了setjmp()和longjmp()函数,它们分别承担非局部标号和goto作用。头文件<setjmp.h>申明了这些函数及同时所需的jmp_buf数据类型。
原理非常简单:
1.setjmp(j)设置“jump”点,用正确的程序上下文填充jmp_buf对象j。这个上下文包括程序存放位置、栈和框架指针,其它重要的寄存器和内存数据。当初始化完jump的上下文,setjmp()返回0值。
2. 以后调用longjmp(j,r)的效果就是一个非局部的goto或“长跳转”到由j描述的上下文处(也就是到那原来设置j的setjmp()处)。当作为长跳转的目标而被调用时,setjmp()返回r或1(如果r设为0的话)。(记住,setjmp()不能在这种情况时返回0。)
通过有两类返回值,setjmp()让你知道它正在被怎么使用。当设置j时,setjmp()如你期望地执行;但当作为长跳转的目标时,setjmp()就从外面“唤醒”它的上下文。你可以用longjmp()来终止异常,用setjmp()标记相应的异常处理程序。
#include <setjmp.h>
#include <stdio.h>
jmp_buf j;
void raise_exception(void)
{
printf("exception raised\n");
longjmp(j, 1); /* jump to exception handler */
printf("this line should never appear\n");
}
int main(void)
{
if(setjmp(j) == 0)
{
printf("\''setjmp\'' is initializing \''j\''\n");
raise_exception();
printf("this line should never appear\n");
}
else
{
printf("''setjmp'' was just jumped into\n");
/* this code is the exception handler */
}
return 0;
}
/* When run yields:
''setjmp'' is initializing ''j''
exception raised
''setjmp'' was just jumped into
*/
那个填充jmp_buf的函数不在调用longjmp()之前返回。否则,存储在jmp_buf中的上下文就有问题了:
jmp_buf j;
void f(void)
{
setjmp(j);
}
int main(void)
{
f();
longjmp(j, 1); /* logic error */
return 0;
}
所以,你必须把setjmp()处理成只是到其所在位置的一个非局部跳转。
Longjmp()和setjmp()联合体运行于异常生命期的2和3阶段。longjmp(j,r)产生异常对象r(一个整数),并且作为返回值传送到setjmp(j)处。实际上,setjmp()函数通报了异常r。
下面这个例子采用switch,能更好的展现这对函数的功能:
#include <setjmp.h>
#include <stdio.h>
jmp_buf j;
void raise_exception(void)
{
printf("exception raised\n");
longjmp(j, 3); /* jump to exception handler case 3 */
printf("this line should never appear\n");
}
int main(void)
{
switch (setjmp(j))
{
case 0:
printf("''setjmp'' is initializing ''j''\n");
raise_exception();
printf("this line should never appear\n");
case 1:
printf("Case 1\n");break;
case 2:
printf("Case 2\n");break;
case 3:
printf("Case 3\n");break;
default:
break;
}
return 0;
}
setjmp是一个C库中的函数,用于在程序执行时保存当前执行上下文,并在稍后的时间点从该点重新开始执行。在MIPS汇编中,可以使用jr指令来实现类似的功能。下面是一个示例程序: ``` #include <setjmp.h> #include <stdio.h> jmp_buf env; int f(jmp_buf env) { int val = setjmp(env); printf("f's val = %d\n", val); return val; } int main() { int val = f(env); printf("main's val = %d\n", val); if (val != 0) { printf("longjmp to f()\n"); longjmp(env, val+1); } return 0; } ``` 在这个程序中,我们定义了一个保存执行上下文的jmp_buf类型的变量env。在f函数中,我们调用setjmp函数来保存当前执行上下文,并返回一个值。在main函数中,我们调用f函数,并检查返回值是否为0。如果不是0,则说明在f函数中调用了longjmp函数,需要恢复f函数的执行上下文。我们使用longjmp函数来实现这个功能。 在实际的MIPS汇编代码中,我们需要使用jr指令来实现这个过程。具体实现方法如下: ``` .text setjmp: # Save register values and return address addi $sp, $sp, -12*4 sw $ra, 0($sp) sw $s0, 4($sp) sw $s1, 8($sp) addi $v0, $sp, 12*4 jr $ra longjmp: # Restore register values and return address lw $ra, 0($sp) lw $s0, 4($sp) lw $s1, 8($sp) addi $sp, $sp, 12*4 # Set return value addi $v0, $a1, 1 jr $ra ``` 在setjmp函数中,我们将寄存器中的值保存到堆栈中,并将堆栈指针减小12*4字节(因为我们保存了3个寄存器的值)。然后,我们返回一个指向保存执行上下文的堆栈位置的指针。在longjmp函数中,我们将堆栈中保存的值恢复到寄存器中,并将堆栈指针增加12*4字节。最后,我们将返回值设置为传入的参数值加1,并跳转到保存的返回地址处。这个返回地址就是执行setjmp函数时保存的返回地址。 使用setjmplongjmp函数可能会导致程序的可移植性问题,因为不同的平台可能实现方式不同。因此,应该避免在生产代码中频繁使用这些函数。
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