​​全面了解setjmp与longjmp​​

为了更好地、更方便地支持异常处理编程机制，使得程序员在C语言开发的程序中，能写出更高效、更友善的带有异常处理机制的代码模块来。于是，C语言中出现了一种更优雅的异常处理机制，那就是setjmp()函数与longjmp()函数。

实际上，这种异常处理的机制不是C语言中自身的一部分，而是在C标准库中实现的两个非常有技巧的库函数，也许大多数C程序员朋友们对它都很熟悉，而且，通过使用setjmp()函数与 longjmp()函数组合后，而提供的对程序的异常处理机制，以被广泛运用到许多C语言开发的库系统中，如jpg解析库，加密解密库等等。

也许C语言中的这种异常处理机制，较goto语句相比较，它才是真正意义上的、概念上比较彻底的，一种异常处理机制。setjmp函数有何作用？

前面刚说了，setjmp是C标准库中提供的一个函数，它的作用是保存程序当前运行的一些状态。它的函数原型如下：int setjmp( jmp_buf env );

这是MSDN中对它的评论，如下：

setjmp函数用于保存程序的运行时的堆栈环境，接下来的其它地方，你可以通过调用longjmp函数来恢复先前被保存的程序堆栈环境。当 setjmp和longjmp组合一起使用时，它们能提供一种在程序中实现“非本地局部跳转”（"non-local goto"）的机制。并且这种机制常常被用于来实现，把程序的控制流传递到错误处理模块之中；或者程序中不采用正常的返回（return）语句，或函数的正常调用等方法，而使程序能被恢复到先前的一个调用例程（也即函数）中。

对setjmp函数的调用时，会保存程序当前的堆栈环境到env参数中；接下来调用longjmp时，会根据这个曾经保存的变量来恢复先前的环境，并且当前的程序控制流，会因此而返回到先前调用setjmp时的程序执行点。此时，在接下来的控制流的例程中，所能访问的所有的变量（除寄存器类型的变量以外），包含了longjmp函数调用时，所拥有的变量。

setjmp和longjmp并不能很好地支持C++中面向对象的语义。因此在C++程序中，请使用C++提供的异常处理机制。

好了，现在已经对setjmp有了很感性的了解，暂且不做过多评论，接着往下看longjmp函数。

longjmp函数有何作用？

同样，longjmp也是C标准库中提供的一个函数，它的作用是用于恢复程序执行的堆栈环境，它的函数原型如下：

void longjmp( jmp_buf env, int value );

这是MSDN中对它的评论，如下：

longjmp函数用于恢复先前程序中调用的setjmp函数时所保存的堆栈环境。setjmp和longjmp组合一起使用时，它们能提供一种在程序中实现“非本地局部跳转”（"non-local goto"）的机制。并且这种机制常常被用于来实现，把程序的控制流传递到错误处理模块，或者不采用正常的返回（return）语句，或函数的正常调用等方法，使程序能被恢复到先前的一个调用例程（也即函数）中。

对setjmp函数的调用时，会保存程序当前的堆栈环境到env参数中；接下来调用longjmp时，会根据这个曾经保存的变量来恢复先前的环境，并且因此当前的程序控制流，会返回到先前调用setjmp时的执行点。此时，value参数值会被setjmp函数所返回，程序继续得以执行。并且，在接下来的控制流的例程中，它所能够访问到的所有的变量（除寄存器类型的变量以外），包含了longjmp函数调用时，所拥有的变量；而寄存器类型的变量将不可预料。setjmp函数返回的值必须是非零值，如果longjmp传送的value参数值为0，那么实际上被setjmp返回的值是1。

在调用setjmp的函数返回之前，调用longjmp，否则结果不可预料。

在使用longjmp时，请遵守以下规则或限制：· 不要假象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，例程中寄存器类型的变量将不会被恢复。· 不要使用longjmp函数，来实现把控制流，从一个中断处理例程中传出，除非被捕获的异常是一个浮点数异常。在后一种情况下，如果程序通过调用_fpreset函数，来首先初始化浮点数包后，它是可以通过longjmp来实现从中断处理例程中返回。· 在C++程序中，小心对setjmp和longjmp的使用，应为setjmp和longjmp并不能很好地支持C++中面向对象的语义。因此在C++程序中，使用C++提供的异常处理机制将会更加安全。把setjmp和longjmp组合起来，原来它这么厉害！现在已经对setjmp和longjmp都有了很感性的了解，接下来，看一个示例，并从这个示例展开分析，示例代码如下（来源于MSDN）：

/* FPRESET.C: This program uses signal to set up a* routine for handling floating-point errors.*/

＃i nclude ＃i nclude ＃i nclude ＃i nclude ＃i nclude ＃i nclude ＃i nclude

jmp_buf mark; /* Address for long jump to jump to */int fperr; /* Global error number */

void __cdecl fphandler( int sig, int num ); /* Prototypes */void fpcheck( void );

void main( void ){double n1, n2, r;int jmpret;/* Unmask all floating-point exceptions. */_control87( 0, _MCW_EM );/* Set up floating-point error handler. The compiler* will generate a warning because it expects* signal-handling functions to take only one argument.*/if( signal( SIGFPE, fphandler ) == SIG_ERR )

{fprintf( stderr, "Couldn"t set SIGFPEn" );abort(); }

/* Save stack environment for return in case of error. First* time through, jmpret is 0, so true conditional is executed.* If an error occurs, jmpret will be set to -1 and false* conditional will be executed.*/

// 注意，下面这条语句的作用是，保存程序当前运行的状态jmpret = setjmp( mark );if( jmpret == 0 ){printf( "Test for invalid operation - " );printf( "enter two numbers: " );scanf( "%lf %lf", &n1, &n2 );

// 注意，下面这条语句可能出现异常，// 如果从终端输入的第2个变量是0值的话r = n1 / n2;/* This won"t be reached if error occurs. */printf( "nn%4.3g / %4.3g = %4.3gn", n1, n2, r );

r = n1 * n2;/* This won"t be reached if error occurs. */printf( "nn%4.3g * %4.3g = %4.3gn", n1, n2, r );}elsefpcheck();}/* fphandler handles SIGFPE (floating-point error) interrupt. Note* that this prototype accepts two arguments and that the* prototype for signal in the run-time library expects a signal* handler to have only one argument.** The second argument in this signal handler allows processing of* _FPE_INVALID, _FPE_OVERFLOW, _FPE_UNDERFLOW, and* _FPE_ZERODIVIDE, all of which are Microsoft-specific symbols* that augment the information provided by SIGFPE. The compiler* will generate a warning, which is harmless and expected.

*/void fphandler( int sig, int num ){/* Set global for outside check since we don"t want* to do I/O in the handler.*/fperr = num;/* Initialize floating-point package. */_fpreset();/* Restore calling environment and jump back to setjmp. Return* -1 so that setjmp will return false for conditional test.*/// 注意，下面这条语句的作用是，恢复先前setjmp所保存的程序状态longjmp( mark, -1 );}void fpcheck( void ){char fpstr[30];switch( fperr ){case _FPE_INVALID:strcpy( fpstr, "Invalid number" );break;case _FPE_OVERFLOW:strcpy( fpstr, "Overflow" );

break;case _FPE_UNDERFLOW:strcpy( fpstr, "Underflow" );break;case _FPE_ZERODIVIDE:strcpy( fpstr, "Divide by zero" );break;default:strcpy( fpstr, "Other floating point error" );break;}printf( "Error %d: %sn", fperr, fpstr );}

程序的运行结果如下：Test for invalid operation - enter two numbers: 1 2

1 / 2 = 0.5

1 * 2 = 2

上面的程序运行结果正常。另外程序的运行结果还有一种情况，如下：Test for invalid operation - enter two numbers: 1 0Error 131: Divide by zero

呵呵！程序运行过程中出现了异常（被0除），并且这种异常被程序预先定义的异常处理模块所捕获了。厉害吧！可千万别轻视，这可以C语言编写的程序。

分析setjmp和longjmp

现在，来分析上面的程序的执行过程。当然，这里主要分析在异常出现的情况下，程序运行的控制转移流程。由于文章篇幅有限，分析时，我们简化不相关的代码，这样更也易理解控制流的执行过程。如下图所示。

呵呵！现在是否对程序的执行流程一目了然，其中最关键的就是setjjmp和longjmp函数的调用处理。我们分别来分析之。

当程序运行到第②步时，调用setjmp函数，这个函数会保存程序当前运行的一些状态信息，主要是一些系统寄存器的值，如ss，cs，eip，eax， ebx，ecx，edx，eflags等寄存器，其中尤其重要的是eip的值，因为它相当于保存了一个程序运行的执行点。这些信息被保存到mark变量中，这是一个C标准库中所定义的特殊结构体类型的变量。

调用setjmp函数保存程序状态之后，该函数返回0值，于是接下来程序执行到第③步和第④步中。在第④步中语句执行时，如果变量n2为0值，于是便引发了一个浮点数计算异常，，导致控制流转入fphandler函数中，也即进入到第⑤步。

然后运行到第⑥步，调用longjmp函数，这个函数内部会从先前的setjmp所保存的程序状态，也即mark变量中，来恢复到以前的系统寄存器的值。于是便进入到了第⑦步，注意，这非常有点意思，实际上，通过longjmp函数的调用后，程序控制流（尤其是eip的值）再次戏剧性地进入到了 setjmp函数的处理内部中，但是这一次setjmp返回的值是longjmp函数调用时，所传入的第2个参数，也即-1，因此程序接下来进入到了第⑧ 步的执行之中。

总结

与goto语句不同，在C语言中，setjmp()与longjmp()的组合调用，为程序员提供了一种更优雅的异常处理机制。它具有如下特点：

 （1） goto只能实现本地跳转，而setjmp()与longjmp()的组合运用，能有效的实现程序控制流的非本地（远程）跳转；

 （2）与goto语句不同，setjmp()与longjmp()的组合运用，提供了真正意义上的异常处理机制。例如，它能有效定义受监控保护的模块区域（类似于C++中try关键字所定义的区域）；同时它也能有效地定义异常处理模块（类似于C++中catch关键字所定义的区域）；还有，它能在程序执行过程中，通过longjmp函数的调用，方便地抛出异常（类似于C++中throw关键字）。

现在，相信大家已经对在C语言中提供的这种异常处理机制有了很全面地了解。但是我们还没有深入它研究它，下一篇文章中继续探讨吧！go！