C異常處理實現: setjmp和longjmp

此文為internet上選摘，過後我會用自己的理解補充此文。

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將對setjmp與longjmp的具體使用方法和適用的場合，進行一個非常全面的闡述。

另外請特別注意，setjmp函數與longjmp函數總是組合起來使用，它們是緊密相關的一對操作，只有將它們結合起來使用，才能達到程式控制流程有效轉移的目的，才能按照程式員的預先設計的意圖，去實現對程式中可能出現的異常進行集中處理。

與goto語句的作用類似，它能實現本地的跳轉

這種情況容易理解，不過還是列舉出一個樣本程式吧！如下：

void main( void )
{
int jmpret;

jmpret = setjmp( mark );
if( jmpret == 0 )
{
// 其它代碼的執行
// 判斷程式遠行中，是否出現錯誤，如果有錯誤，則跳轉！
if(1) longjmp(mark, 1);

// 其它代碼的執行
// 判斷程式遠行中，是否出現錯誤，如果有錯誤，則跳轉！
if(2) longjmp(mark, 2);

// 其它代碼的執行
// 判斷程式遠行中，是否出現錯誤，如果有錯誤，則跳轉！
if(-1) longjmp(mark, -1);

// 其它代碼的執行
}
else
{
// 錯誤處理模組
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;
}

　 　上面的常式非常地簡單，其中程式中使用到了異常處理的機制，這使得程式的代碼非常緊湊、清晰，易於理解。在程式運行過程中，當異常情況出現後，控制流程是 進行了一個本地跳轉（進入到異常處理的代碼模組，是在同一個函數的內部），這種情況其實也可以用goto語句來予以很好的實現，但是，顯然setjmp與 longjmp的方式，更為嚴謹一些，也更為友善。程式的執行流17-1所示。

setjmp與longjmp相結合，實現程式的非本地的跳轉

呵呵！這就是goto語句所不能實現的。也正因為如此，所以才說在C語言中，setjmp與longjmp相結合的方式，它提供了真正意義上的異常處 理機制。其實上一篇文章中的那個常式，已經示範了longjmp函數的非本地跳轉的情境。這裡為了更清晰示範本地跳轉與非本地跳轉，這兩者之間的區別，我 們在上面剛才的那個常式基礎上，進行很小的一點改動，代碼如下：

void Func1()
{
// 其它代碼的執行
// 判斷程式遠行中，是否出現錯誤，如果有錯誤，則跳轉！
if(1) longjmp(mark, 1);
}

void Func2()
{
// 其它代碼的執行
// 判斷程式遠行中，是否出現錯誤，如果有錯誤，則跳轉！
if(2) longjmp(mark, 2);
}

void Func3()
{
// 其它代碼的執行
// 判斷程式遠行中，是否出現錯誤，如果有錯誤，則跳轉！
if(-1) longjmp(mark, -1);
}

void main( void )
{
int jmpret;

jmpret = setjmp( mark );
if( jmpret == 0 )
{
// 其它代碼的執行

// 下面的這些函數執行過程中，有可能出現異常
Func1();

Func2();

Func3();

// 其它代碼的執行
}
else
{
// 錯誤處理模組
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;
}

回顧一下，這與C++中提供的異常處理模型是不是很相近。異常的傳遞是可以跨越一個或多個函數。這的確為C程式員提供了一種較完善的異常處理編程的機制或手段。

setjmp和longjmp使用時，需要特別注意的事情

1、setjmp與longjmp結合使用時，它們必須有嚴格的先後執行順序，也即先調用setjmp函數，之後再調用longjmp函數，以恢複到 先前被儲存的“程式執行點”。否則，如果在setjmp調用之前，執行longjmp函數，將導致程式的執行流變的不可預測，很容易導致程式崩潰而退出。 請看樣本程式，代碼如下：

class Test
{
public:
Test()
~Test()
}obj;

//注意，上面聲明了一個全域變數obj

void main( void )
{
int jmpret;

// 注意，這裡將會導致程式崩潰，無條件退出
Func1();
while(1);

jmpret = setjmp( mark );
if( jmpret == 0 )
{
// 其它代碼的執行

// 下面的這些函數執行過程中，有可能出現異常
Func1();

Func2();

Func3();

// 其它代碼的執行
}
else
{
// 錯誤處理模組
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;
}

　　上面的程式運行結果，如下：
構造對象
Press any key to continue

　 　的確，上面程式崩潰了，由於在Func1()函數內，調用了longjmp，但此時程式還沒有調用setjmp來儲存一個程式執行點。因此，程式的執行 流變的不可預測。這樣導致的程式後果是非常嚴重的，例如說，上面的程式中，有一個對象被構造了，但程式崩潰退出時，它的解構函式並沒有被系統來調用，得以 清除一些必要的資源。所以這樣的程式是非常危險的。（另外請注意，上面的程式是一個C++程式，所以大家示範並測試這個常式時，把源檔案的副檔名改為 xxx.cpp）。

　　2、除了要求先調用setjmp函數，之後再調用longjmp函數（也即longjmp必須有對應的setjmp函數）之外。另外，還有一個很重要的規則，那就是longjmp的調用是有一定域範圍要求的。這未免太抽象了，還是先看一個樣本，如下：

int Sub_Func()
{
int jmpret, be_modify;

be_modify = 0;

jmpret = setjmp( mark );
if( jmpret == 0 )
{
// 其它代碼的執行
}
else
{
// 錯誤處理模組
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;
}

//注意這一語句，程式有條件地退出
if (be_modify==0) exit(0);
}

return jmpret;
}

void main( void )
{
Sub_Func();

// 注意，雖然longjmp的調用是在setjmp之後，但是它超出了setjmp的作用範圍。
longjmp(mark, 1);
}

　　如果你運行或調試（單步跟蹤）一下上面程式，發現它真是挺神奇的，居然longjmp執行時，程式還能夠返回到setjmp的執行點，程式正常退出。但是這就說明了上面的這個常式的沒有問題嗎？我們對這個程式小改一下，如下：

int Sub_Func()
{
// 注意，這裡改動了一點
int be_modify, jmpret;

be_modify = 0;

jmpret = setjmp( mark );
if( jmpret == 0 )
{
// 其它代碼的執行
}
else
{
// 錯誤處理模組
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;
}

//注意這一語句，程式有條件地退出
if (be_modify==0) exit(0);
}

return jmpret;
}

void main( void )
{
Sub_Func();

// 注意，雖然longjmp的調用是在setjmp之後，但是它超出了setjmp的作用範圍。
longjmp(mark, 1);
}

　 　運行或調試（單步跟蹤）上面的程式，發現它崩潰了，為什嗎？這就是因為，“在調用setjmp的函數返回之前，調用longjmp，否則結果不可預料” （這在上一篇文章中已經提到過，MSDN中做了特別的說明）。為什麼這樣做會導致不可預料？其實仔細想想，原因也很簡單，那就是因為，當setjmp函數 調用時，它儲存的程式執行點環境，只應該在當前的函數範圍以內（或以後）才會有效。如果函數返回到了上層（或更上層）的函數環境中，那麼setjmp保 存的程式的環境也將會無效，因為堆棧中的資料此時將可能發生覆蓋，所以當然會導致不可預料的執行後果。

　　 3、不要假象寄存器類型的變數將總會保持不變。在調用longjmp之後，通過setjmp所返回的控制流程中，常式中寄存器類型的變數將不會被恢複。 （MSDN中做了特別的說明，上一篇文章中，這也已經提到過）。寄存器類型的變數，是指為了提高程式的運行效率，變數不被儲存在記憶體中，而是直接被儲存在 寄存器中。寄存器類型的變數一般都是臨時變數，在C語言中，通過register定義，或直接嵌入彙編代碼的程式。這種類型的變數一般很少採用，所以在使 用setjmp和longjmp時，基本上不用考慮到這一點。

4、MSDN中還做了特別的說明，“在C+ +程式中，小心對setjmp和longjmp的使用，因為setjmp和longjmp並不能很好地支援C++中物件導向的語義。因此在C++程式中， 使用C++提供的異常處理機制將會更加安全。”雖然說C++能非常好的相容C，但是這並非是100%的完全相容。例如，這裡就是一個很好的例子，在C++ 程式中，它不能很好地與setjmp和longjmp和平共處。在後面的一些文章中，有關專門討論C++如何相容支援C語言中的異常處理機制時，會做詳細 深入的研究，這裡暫且跳過