setjmp和longjmp函数使用详解

  非局部跳转语句—setjmp和longjmp函数。非局部指的是，这不是由普通C语言goto，语句在一个函数内实施的跳转，而是在栈上跳过若干调用帧，返回到当前函数调用路径上的某一个函数中。

#include <setjmp.h>
int setjmp(jmp_buf  env);

  返回值：若直接调用则返回0，若从longjmp调用返回则返回非0值

void longjmp(jmp_buf env,int val);

  在希望返回到的位置调用setjmp，此位置在main函数中，因为直接调用该函数，所以其返回值为0。setjmp参数evn的类型是一个特殊的类型jmp_buf，这一数据类型是某种形式的数组，存放着调用longjmp时能用来恢复栈状态的所有信息。因为需要在另一个函数中引用env变量，所以规范的处理方式是将env变量定义为全局变量。
  当检查到一个错误时,则以两个参数调用longjmp函数，第一个就是在调用setjmp时所用的env，第二个参数是具有非0值的val，它将成为从setjmp处返回的值。使用第二个参数的原因是对于一个setjmp可以有多个longjmp。
  下面我们可以看一个简单的例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <setjmp.h>
#include <string.h>

void fun1(void);
void fun2(void);
jmp_buf jmpbuffer;

void main(void)
{
    int i = 0;
    int j = 0;
    i = setjmp(jmpbuffer);
    if(i==0)
    {
        printf("first run\n");
        fun1();
        fun2();
    }
    else
    {
        switch(i)
        {

            case 1:
                printf("In fun1\n");
                break;
            case 2:
                printf("In fun2\n");
                break;
            default:
                printf("unkown error\n");
                break;
        }
        exit(0);
    }
    return 1;
} 

void fun1(void)
{
    char *s = "hello";
    char *s1 = "Hello";
    if(strcmp(s,s1)!=0)
        longjmp(jmpbuffer,1);
}

void fun2(void)
{
    char *s = "world";
    if(strcmp(s,"World")!=0)
        longjmp(jmpbuffer,2);
}

函数运行结果是：

first run
In fun1

  在使用longjmp跳转到setjmp中时，程序主动的退出了！相当于抛出一个异常退出！其实这两个函数可以模拟C++中的异常函数：

使用setjmp和longjmp要注意以下几点：
  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。
  2、不要假设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，程序中寄存器类型的变量将不会被恢复。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。
  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。

  在APUE里面有一个很好的示例可以验证寄存器变量：

//#include "apue.h"
#include <stdio.h>
#include <setjmp.h>
#include <stdlib.h>

static void f1(int, int, int, int);
static void f2(void);

static jmp_buf  jmpbuffer;
static int      globval;

int main(void)
{
    int     autoval;
    register int    regival;
    volatile int    volaval;
    static int  statval;

    globval = 1; autoval = 2; regival = 3; volaval = 4; statval = 5;

    if (setjmp(jmpbuffer) != 0) {
        printf("after longjmp:\n");
        printf("globval = %d, autoval = %d, regival = %d,"
                " volaval = %d, statval = %d\n",
                globval, autoval, regival, volaval, statval);
        exit(0);
    }

    /* * Change variables after setjmp, but before longjmp. */
    globval = 95; autoval = 96; regival = 97; volaval = 98;
    statval = 99;

    f1(autoval, regival, volaval, statval); /* never returns */
    exit(0);
}

static void f1(int i, int j, int k, int l)
{
    printf("in f1():\n");
    printf("globval = %d, autoval = %d, regival = %d,"
            " volaval = %d, statval = %d\n", globval, i, j, k, l);
    f2();
}

static void f2(void)
{
    longjmp(jmpbuffer, 1);
}

不优化变量的时候：

$ gcc testjmp.c
$ ./a.out 
in f1():
globval = 95, autoval = 96, regival = 97, volaval = 98, statval = 99
after longjmp:
globval = 95, autoval = 96, regival = 97, volaval = 98, statval = 99

注意到上面的变量regival 虽然定义为寄存器变量，但因为没有优化，也不作为寄存器变量使用。

当优化变量的时候：

$ gcc -O testjmp.c
$ ./a.out 
in f1():
globval = 95, autoval = 96, regival = 97, volaval = 98, statval = 99
after longjmp:
globval = 95, autoval = 2, regival = 3, volaval = 98, statval = 99

  变量autoval 虽然没定义为寄存器变量，但因为有优化，编译器把它放在了寄存器里面。volaval 值符合预期，是因为告诉了编译器不要优化到寄存器。