setjmp.h

维基百科,自由的百科全书
跳转至: 导航搜索

setjmp.hC标准函数库中提供“非本地跳转”的头文件控制流偏离了通常的子程序调用与返回序列。互补的两个函数setjmp与longjmp提供了这种功能。

setjmp/longjmp的典型用途是异常处理机制的实现:利用longjmp恢复程序或线程的状态,甚至可以跳过栈中多层的函数调用。

信号处理机制中,进程在检查收到的信号,会从原来的系统调用中直接返回,而不是等到该调用完成。这种进程突然改变其上下文的情况,就是通过使用setjmp和longjmp来实现的。setjmp将保存的上下文载入用户空间,并继续在旧的上下文中继续执行。这就是说,进程执行一个系统调用,当因为资源或其他原因要去睡眠时,内核为进程作了一次setjmp,如果在睡眠中被信号唤醒,进程不能再进入睡眠时,内核为进程调用longjmp,该操作是内核为进程将现在的上下文切换成都原先通过setjmp调用保存在进程用户区的上下文,这样就使得进程可以恢复等待资源前的状态,而且内核为setjmp返回1,使得进程知道该次系统调用失败。

成员函数[编辑]

int setjmp(jmp_buf env) 建立本地的jmp_buf缓冲区并且初始化,用于将来跳转回此处。这个子程序[1] 保存程序的调用环境于env参数所指的缓冲区,env将被longjmp使用。如果是从setjmp直接调用返回,setjmp返回值为0。如果是从longjmp恢复的程序调用环境返回,setjmp返回非零值。
void longjmp(jmp_buf env, int value) 恢复env所指的缓冲区中的程序调用环境上下文,env所指缓冲区的内容是由setjmp子程序[1]调用所保存。value的值从longjmp传递给setjmplongjmp完成后,程序从对应的setjmp调用处继续执行,如同setjmp调用刚刚完成。如果value传递给longjmp零值,setjmp的返回值为1;否则,setjmp的返回值为value

setjmp保存当前的环境(即程序的状态)到平台相关的一个数据结构 (jmp_buf),该数据结构在随后程序执行的某一点可被 longjmp用于恢复程序的状态到setjmp调用所保存到jmp_buf时的原样。这一过程可以认为是"跳转"回setjmp所保存的程序执行状态。setjmp的返回值指出控制是正常到达该点还是通过调用longjmp恢复到该点。因此有编程的惯用法: if( setjmp(x) ){/* handle longjmp(x) */}

成员类型[编辑]

jmp_buf 数组类型,例如struct int[16][2]struct __jmp_buf_tag[3],用于保存恢复调用环境所需的信息。

告诫与限制[编辑]

longjmp实现了非本地跳转,微软的IA32程序设计环境中正常的"栈卷回"("stack unwinding")因而没有发生,所以诸如栈中已定义的局部变量的析构函数的调用(用于销毁该局部变量)都没有执行。所有依赖于栈卷回调用析构函数所做的扫尾工作,如关闭文件、释放堆内存块等都没有做。但在微软的X64程序设计环境,longjmp启动了正常的"栈卷回"。[4]

如果setjmp所在的函数已经调用返回了,那么longjmp使用该处setjmp所填写的对应jmp_buf缓冲区将不再有效。这是因为longjmp所要返回的"栈帧"(stack frame)已经不再存在了,程序返回到一个不再存在的执行点,很可能覆盖或者弄坏程序栈.[5][6]

使用例子[编辑]

简单例子[编辑]

#include <stdio.h>
#include <setjmp.h>
 
static jmp_buf buf;
 
void second(void) {
    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(void) {
    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;
}

上述程序将输出:

second
main

注意到虽然first()子程序被调用,"first"不可能被打印。"main"被打印,因为条件语句if ( ! setjmp(buf) )被执行第二次。

异常处理[编辑]

在下例中,setjmp被用于包住一个例外处理,类似trylongjmp调用类似于throw语句,允许一个异常返回给setjmp一个异常值。下属代码示例遵从1999 ISO C standardSingle UNIX Specification:仅在特定范围内引用setjmp

  • ifswitch或它们的嵌套使用的条件表达式
  • 上述情况下与!一起使用或者与整数常值比较
  • 作为单独的语句(不使用其返回值)

遵从上述规则使得创建程序环境缓冲区更为容易。更一般的使用setjmp可能引起未定义行为,如破坏局部变量;编译器被要求保护或警告这些用法。但轻微的复杂用法如switch ((exception_type = setjmp(env))) { }在文献与实践中是常见的,并保持了相当的可移植性。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <setjmp.h>
 
void first(void);
void second(void);
 
/* This program's output is:
 
calling first
calling second
entering second
second failed with type 3 exception; remapping to type 1.
first failed, exception type 1
 
*/
 
/* Use a file scoped static variable for the exception stack so we can access
 * it anywhere within this translation unit. */
static jmp_buf exception_env;
static int exception_type;
 
int main() {
    void *volatile mem_buffer;
 
    mem_buffer = NULL;
    if (setjmp(exception_env)) {
        /* if we get here there was an exception */
        printf("first failed, exception type %d\n", exception_type);
    } else {
        /* Run code that may signal failure via longjmp. */
        printf("calling first\n");
        first();
        mem_buffer = malloc(300); /* allocate a resource */
        printf(%s”,strcpy((char*) mem_buffer, "first succeeded!")); /* ... this will not happen */
    }
    if (mem_buffer)
        free((void*) mem_buffer); /* carefully deallocate resource */
    return 0;
}
 
void first(void) {
    jmp_buf my_env;
 
    printf("calling second\n");
    memcpy(my_env, exception_env, sizeof(jmp_buf));
    switch (setjmp(exception_env)) {
        case 3:
            /* if we get here there was an exception. */
            printf("second failed with type 3 exception; remapping to type 1.\n");
            exception_type = 1;
 
        default: /* fall through */
            memcpy(exception_env, my_env, sizeof(jmp_buf)); /* restore exception stack */
            longjmp(exception_env, exception_type); /* continue handling the exception */
 
        case 0:
            /* normal, desired operation */
            second();
            printf("second succeeded\n");  /* not reached */
    }
    memcpy(exception_env, my_env, sizeof(jmp_buf)); /* restore exception stack */
}
 
void second(void) {
    printf("entering second\n" ); /* reached */
    exception_type = 3;
    longjmp(exception_env, exception_type); /* declare that the program has failed */
    printf("leaving second\n"); /* not reached */
}

参考文献[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 ISO C标准要求setjmp必须是宏实现,但POSIX明确称未定义setjmp是宏实现还是函数实现。
  2. ^ Visual Studio 2008用法
  3. ^ GNU C 函式庫 2.7的用法
  4. ^ Microsoft Visual C++ 2010 x32或x64与Intel ICC 2011 (version 12) x32或x64,编译结果都是longjmp启动了正常的"栈卷回"。但GCC 4.4 x32版编译的longjmp不执行"栈卷回"。可见,是否“栈卷回”不具有移植性。
  5. ^ CS360 Lecture Notes — Setjmp and Longjmp
  6. ^ setjmp(3)

外部链接[编辑]