非本地跳转函数setjmp和longjmp

C语言提供了一种用户级的异常控制流形式，称为非本地跳转（nonlocal jump），它可以将控制流直接从一个函数转移到另一个当前正在执行的函数，而不需要经过正常的调用和返回序列。而这些都是通过两组函数实现的。

setjmp函数

首先来看看函数原型：

#include <setjmp.h>

int setjmp(jmp_buf env);                        //返回0
int sigsetjmp(sigjmp_buf env, int savesigs);    //返回0               

• setjmp函数在env缓冲区中保存当前的调用环境（PC值、sp值及通用寄存器），以供后面的longjmp使用，并返回0。

• setjmp的返回值不能用来赋值给变量，但却可以作为判断语句（switch、if）的条件。

• sigsetjmp是设计用来被信号处理程序使用的，它的作用和setjmp类似。savesigs用来保存当前环境下的信号状态；

longjmp函数

首先来看看函数原型：

#include <setjmp.h>
void longjmp(jmp_buf env, int retval);      //从不返回
void siglongjmp(jmp_buf env, int retval);   //从不返回

• longjmp函数从env缓冲区中恢复最近一次setjmp保存的调用环境，然后控制流跳转到该setjmp函数处，并使函数返回非零的retval。
• setjmp被调用一次，但可以返回多次；而longjmp被调用后却从不返回，或者说它从最近的setjmp处返回。

应用

1. 从深层嵌套中立即返回

他的意思有点向C语言中的go语句。当程序执行到深层嵌套中的某个函数时，如果此时监测到了一个错误，我们可以利用setjmp和longjmp的组合，直接从最里层返回到上层的错误处理程序，而不需要繁琐的一层层解开调用栈。

下面展示的例子，说明了上述情况。main函数首先调用setjmp函数保存当前的调用环境，然后再调用函数foo，foo依次调用bar。如果任一函数遇到错误，它们立即通过longjmp调用从setjmp返回。而我们可以通过setjmp的不同非零返回值知道错误类型，而后进入相应的解错程序。

#include <setjmp.h>

jmp_buf buf;

/*此处我们假设程序可能有两个错误，其中error2会发生；*/
int error1 = 0;     
int error2 = 1;

void foo(void),bar(void);   //声明两个函数

int main(void)
{
    switch(setjmp(buf)){
        case 0:
            foo();
            break;
        case 1:
            printf("Detected error1 in foo.\n");
            break;
        case 2:
            printf("Detected error2 in bar.\n");
            break;
        default:
            printf("Unknown error in foo.\n");           
    }
    exit(0);
}

void foo(void)
{
    if(error1)
        longjmp(buf, 1);
    bar();
}

void bar(void)
{
    if(error2)
        longjmp(buf, 2);
}

但在使用这种非本地跳转时要避免跳过的中间过程不会产生副作用；例如，如果我们在foo函数中调用了malloc函数分配了一些内存空间，本来预计在函数结尾处回收它们。但偏偏又在调用bar函数的过程中发生了错误，导致了bar函数直接返回到了最上层，这样就会发生内存泄漏。

2. 使信号处理分支到达特定位置，而非返回到被中断的指令处

下面展示了一个虽然被要求终止，但却可以自我重启的程序。程序第一次启动时，对sigsetjmp函数的调用保存了调用环境和信号上下文(待处理的信号位向量pending和被阻塞的信号位向量blocked)。随后，主函数进入无限循环。当用户键入Ctrl + C时，内核向程序发送SIGINT信号，进程捕获后执行我们自定义的信号处理程序，该程序调用siglongjmp函数使得程序跳转到sigsetjmp处返回retval。主程序得以重新开始。

#include <signal.h>

sigjmp_buf buf;

void handler(int sig)
{
    siglongjmp(buf, 1);
}

int main(void)
{
    if(!sigsetjmp(buf, 1)){
        Signal(SIGINT, handler);
        Unix_exit("starting\n");
    }
    else
        Unix_exit("restarting\n");
    
    while(1){
        sleep(1);
        Unix_exit("processing...\n");
    }
    exit(0);
}

• 当用户键入Ctrl + C时，程序非本地跳转到开头的sigsetjmp函数处，它会返回1，进而选择执行else语句然后重新进入无限循环。
• 考虑如果Signal(SIGINT, handler);语句放在sigsetjmp函数前，会有什么风险？

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