C语言中异常处理机制 setjmp longjmp

上一篇文章对setjmp函数与longjmp函数有了较全面的了解，尤其是这两个函数的作用，函数所完成的功能，以及将setjmp函数与 longjmp函数组合起来，实现异常处理机制时，程序模块控制流的执行过程等。这里更深入一步，将对setjmp与longjmp的具体使用方法和适用的场合，进行一个非常全面的阐述。 　　

另外请特别注意，setjmp函数与longjmp函数总是组合起来使用，它们是紧密相关的一对操作，只有将它们结合起来使用，才能达到程序控制流有效转移的目的，才能按照程序员的预先设计的意图，去实现对程序中可能出现的异常进行集中处理。 setjmp函数与longjmp函数总是组合起来使用，它们是紧密相关的一对操作，只有将它们结合起来使用，才能达到程序控制流有效转移的目的，才能按照程序员的预先设计的意图，去实现对程序中可能出现的异常进行集中处理。与goto语句的作用类似，它能实现本地的跳转。

这种情况轻易理解，不过还是列举出一个示例程序吧！如下：
void main( void )
{
int jmpret;
jmpret = setjmp( mark );
if( jmpret == 0 )
{
// 其它代码的执行
// 判定程序远行中，是否出现错误，假如有错误，则跳转！
if(1) longjmp(mark, 1);
// 其它代码的执行
// 判定程序远行中，是否出现错误，假如有错误，则跳转！
if(2) longjmp(mark, 2);
// 其它代码的执行
// 判定程序远行中，是否出现错误，假如有错误，则跳转！
if(-1) longjmp(mark, -1);
// 其它代码的执行
}
else
{
// 错误处理模块
switch (jmpret)
{
case 1:
printf( "Error 1\n");
break;
case 2:
printf( "Error 2\n");
break;
case 3:
printf( "Error 3\n");
break;
default :
printf( "Unknown Error");
break;
}
exit(0);
}
return;
}

上面的例程非常地简单，其中程序中使用到了异常处理的机制，这使得程序的代码非常紧凑、清楚，易于理解。在程序运行过程中，当异常情况出现后，控制流是进行了一个本地跳转（进入到异常处理的代码模块，是在同一个函数的内部），这种情况其实也可以用goto语句来予以很好的实现，但是，显然 setjmp与longjmp的方式，更为严谨一些，也更为友善。程序的执行流如图所示

。

setjmp与longjmp相结合，实现程序的非本地的跳转

　　呵呵！这就是goto语句所不能实现的。也正因为如此，所以才说在C语言中，setjmp与longjmp相结合的方式，它提供了真正意义上的异常处理机制。其实上一篇文章中的那个例程，已经演示了longjmp函数的非本地跳转的场景。这里为了更清楚演示本地跳转与非本地跳转，这两者之间的区别，我们在上面刚才的那个例程基础上，进行很小的一点改动，代码如下：
void Func1()
{
// 其它代码的执行
// 判定程序远行中，是否出现错误，假如有错误，则跳转！
if(1) longjmp(mark, 1);
}
void Func2()
{
// 其它代码的执行
// 判定程序远行中，是否出现错误，假如有错误，则跳转！
if(2) longjmp(mark, 2);
}
void Func3()
{
// 其它代码的执行
// 判定程序远行中，是否出现错误，假如有错误，则跳转！
if(-1) longjmp(mark, -1);
}
void main( void )
{
int jmpret;
jmpret = setjmp( mark );
if( jmpret == 0 )
{
// 其它代码的执行
// 下面的这些函数执行过程中，有可能出现异常
Func1();
Func2();
Func3();
// 其它代码的执行
}
else
{
// 错误处理模块
switch (jmpret)
{
case 1:
printf( "Error 1\n");
break;
case 2:
printf( "Error 2\n");
break;
case 3:
printf( "Error 3\n");
break;
default :
printf( "Unknown Error");
break;
}
exit(0);
}
return;
}

回顾一下，这与C 中提供的异常处理模型是不是很相近。异常的传递是可以跨越一个或多个函数。这的确为C程序员提供了一种较完善的异常处理编程的机制或手段。

setjmp和longjmp使用时，需要注重的事情

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，假如在setjmp调用之前，执行longjmp函数，将导致程序的执行流变的不可猜测，很轻易导致程序崩溃而退出。请看示例程序，代码如下：

class Test
{
public:
Test() {printf("构造对象\n");}
~Test() {printf("析构对象\n");}
}obj;
//注重，上面声明了一个全局变量obj
void main( void )
{
int jmpret;
// 注重，这里将会导致程序崩溃，无条件退出
Func1();
while(1);
jmpret = setjmp( mark );
if( jmpret == 0 )
{
// 其它代码的执行
// 下面的这些函数执行过程中，有可能出现异常
Func1();
Func2();
Func3();
// 其它代码的执行
}
else
{
// 错误处理模块
switch (jmpret)
{
case 1:
printf( "Error 1\n");
break;
case 2:
printf( "Error 2\n");
break;
case 3:
printf( "Error 3\n");
break;
default :
printf( "Unknown Error");
break;
}
exit(0);
}
return;
}
上面的程序运行结果，如下：
构造对象
Press any key to continue

的确，上面程序崩溃了，由于在Func1()函数内，调用了longjmp，但此时程序还没有调用setjmp来保存一个程序执行点。因此，程序的执行流变的不可猜测。这样导致的程序后果是非常严重的，例如说，上面的程序中，有一个对象被构造了，但程序崩溃退出时，它的析构函数并没有被系统来调用，得以清除一些必要的资源。所以这样的程序是非常危险的。（另外请注重，上面的程序是一个C 程序，所以大家演示并测试这个例程时，把源文件的扩展名改为xxx.cpp）。

2、除了要求先调用setjmp函数，之后再调用longjmp函数（也即longjmp必须有对应的setjmp函数）之外。另外，还有一个很重要的规则，那就是longjmp的调用是有一定域范围要求的。这未免太抽象了，还是先看一个示例，如下：

int Sub_Func()
{
int jmpret, be_modify;

be_modify = 0;
jmpret = setjmp( mark );
if( jmpret == 0 )
{
// 其它代码的执行
}
else
{
// 错误处理模块
switch (jmpret)
{
case 1:
printf( "Error 1\n");
break;
case 2:
printf( "Error 2\n");
break;
case 3:
printf( "Error 3\n");
break;
default :
printf( "Unknown Error");
break;
}
//注重这一语句，程序有条件地退出
if (be_modify==0) exit(0);
}
return jmpret;
}
void main( void )
{
Sub_Func();
// 注重，虽然longjmp的调用是在setjmp之后，但是它超出了setjmp的作用范围。
longjmp(mark, 1);
}
假如你运行或调试（单步跟踪）一下上面程序，发现它真是挺神奇的，居然longjmp执行时，程序还能够返回到setjmp的执行点，程序正常退出。但是这就说明了上面的这个例程的没有问题吗？我们对这个程序小改一下，如下：
int Sub_Func()
{
// 注重，这里改动了一点
int be_modify, jmpret;

be_modify = 0;
jmpret = setjmp( mark );
if( jmpret == 0 )
{
// 其它代码的执行
}
else
{
// 错误处理模块
switch (jmpret)
{
case 1:
printf( "Error 1\n");
break;
case 2:
printf( "Error 2\n");
break;
case 3:
printf( "Error 3\n");
break;
default :
printf( "Unknown Error");
break;
}
//注重这一语句，程序有条件地退出
if (be_modify==0) exit(0);
}
return jmpret;
}
void main( void )
{
Sub_Func();
// 注重，虽然longjmp的调用是在setjmp之后，但是它超出了setjmp的作用范围。
longjmp(mark, 1);
}

运行或调试（单步跟踪）上面的程序，发现它崩溃了，为什么？这就是因为，“在调用setjmp的函数返回之前，调用longjmp，否则结果不可预料”（这在上一篇文章中已经提到过，MSDN中做了非凡的说明）。为什么这样做会导致不可预料？其实仔细想想，原因也很简单，那就是因为，当 setjmp函数调用时，它保存的程序执行点环境，只应该在当前的函数作用域以内（或以后）才会有效。假如函数返回到了上层（或更上层）的函数环境中，那么setjmp保存的程序的环境也将会无效，因为堆栈中的数据此时将可能发生覆盖，所以当然会导致不可预料的执行后果。

3、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。（MSDN中做了非凡的说明，上一篇文章中，这也已经提到过）。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。这种类型的变量一般很少采用，所以在使用setjmp和longjmp时，基本上不用考虑到这一点。

4、MSDN中还做了非凡的说明，“在C 程序中，小心对setjmp和longjmp的使用，因为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。”虽然说C 能非常好的兼容C，但是这并非是100%的完全兼容。例如，这里就是一个很好的例子，在C 程序中，它不能很好地与setjmp和longjmp和平共处。在后面的一些文章中，有关专门讨论C 如何兼容支持C语言中的异常处理机制时，会做具体深入的研究，这里暂且跳过。

总结

　　主人公阿愚现在对setjmp与longjmp已经是非常钦佩了，虽然它没有C 中提供的异常处理模型那么好用，但是究竟在C语言中，有这么好用的东东，已经是非常不错了。为了更上一层楼，使setjmp与longjmp更接近C 中提供的异常处理模型（也即try()catch()语法）。阿愚找到了不少非常有价值的资料。不要错过，继续到下一篇文章中去吧！让程序员朋友们“玩转 setjmp与longjmp”，Let’s go！