如何利用setjmp和longjmp在C語(yǔ)言中進(jìn)行異常處理
錯(cuò)誤處理是任何語(yǔ)言都需要解決的問(wèn)題，只有不能保證100%的正確運(yùn)行，就需要有處理錯(cuò)誤的機(jī)制。異常處理就是其中的一種錯(cuò)誤處理方式。
1 過(guò)程活動(dòng)記錄（Active Record）
C語(yǔ)言中每當(dāng)有一個(gè)函數(shù)調(diào)用時(shí)，就會(huì)在堆棧(Stack)上準(zhǔn)備一個(gè)被稱為AR的結(jié)構(gòu)。?
每當(dāng)遇到一次函數(shù)調(diào)用的語(yǔ)句，C編譯器都會(huì)產(chǎn)生出匯編代碼來(lái)在堆棧上分配這個(gè)AR。例如下面的C代碼：
void?a(int?i)
{
????if(i==0){
????????i?=?1;
????}
????else
????{
????????printf("i?=?%d?n",?i);
????}
}
int?main(int?argc,?char**?argv)
{
????a(1);
}123456789101112131415123456789101112131415
2 通過(guò)setjmp和longjmp操縱AR，完成任意跳轉(zhuǎn)
那么如何來(lái)操縱AR呢，一個(gè)可能的方法是，根據(jù)局部變量的地址進(jìn)行推算，例如對(duì)于上面的a函數(shù)，執(zhí)行a函數(shù)時(shí)的當(dāng)前AR地址就是參數(shù)i的地址偏移8個(gè)字節(jié)，也就是 ((char*)&i) - 8。然而，不同的C編譯器，以及不同的硬件平臺(tái)都會(huì)產(chǎn)生不同的AR結(jié)構(gòu)布局，甚至在一些平臺(tái)上，AR根本不會(huì)存放到Stack中。所以這種方式操縱AR是不通用的。
為此，c語(yǔ)言通過(guò)庫(kù)函數(shù)的方式提供了操縱AR的統(tǒng)一方法，那就是setjmp和longjmp函數(shù)。
int?setjmp(jmp_buf?jb); void?longjmp(jmp_buf?jb,?int?r);
1212
setjmp用于保存當(dāng)前AR到j(luò)b變量中；?
而longjmp用于設(shè)置當(dāng)前AR為jb，并跳轉(zhuǎn)到調(diào)用setjmp()；之后的第一個(gè)語(yǔ)句處。其結(jié)果就相當(dāng)于回到了setjmp()剛執(zhí)行完畢，只是偷偷的修改了setjmp的返回值。
setjmp()第一次調(diào)用時(shí)總是返回0，而通過(guò)longjmp(jb,r)跳轉(zhuǎn)后其返回值總是被修改為r，并且r不能為0。這樣程序中就很容易根據(jù)setjmp()的返回值來(lái)判斷是否是longjmp()導(dǎo)致了跳轉(zhuǎn)才執(zhí)行到此。
setjmp/longjmp主要從嵌套的函數(shù)調(diào)用中跳出來(lái)。
#include#includejmp_buf?jb;
void?a();
void?b();
void?c();
int?main()
{
????if(setjmp(jb)==0){
????????a();
????}
????printf("after?a();?n");
????return?0;
}
void?a()
{
????b();
????printf("a()?is?calledn");
}
void?b()
{
????c();
????printf("b()?is?calledn");
}
void?c()
{
????printf("c()?is?calledn");
????longjmp(jb,?1);
}12345678910111213141516171819202122232425262728293031321234567891011121314151617181920212223242526272829303132
在c()中可以直接跳轉(zhuǎn)到main()中，實(shí)際上longjmp不限制跳轉(zhuǎn)的目的地，可以跳轉(zhuǎn)到任意位置并恢復(fù)當(dāng)時(shí)的堆棧環(huán)境（堆棧平衡）。
3 C語(yǔ)言中實(shí)現(xiàn)異常處理
異常處理是錯(cuò)誤處理的一種方式，C語(yǔ)言中更常用的錯(cuò)誤處理方式是檢測(cè)函數(shù)返回值。
#includeint?f1()
{
????if(1/*正確執(zhí)行*/)?{?return?1;?}
????else?{?return?-1;?}
}
int?f2()
{
????if(0/*正確執(zhí)行*/)?{?return?1;?}
????else?{?return?-1;?}
}
int?main()
{
????if(f1()<0){
????????printf("錯(cuò)誤處理1n");
????????exit(1);
????}
????if(f2()<0){
????????printf("錯(cuò)誤處理2n");
????????exit(2);
????}
????return?0;
}123456789101112131415161718192021222324252627123456789101112131415161718192021222324252627
上面代碼顯示了常見(jiàn)的C語(yǔ)言錯(cuò)誤處理方式。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)能浖_(kāi)發(fā)中，必須檢測(cè)每一次函數(shù)調(diào)用可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤，并做相應(yīng)的處理。造成的后果就是冗長(zhǎng)繁瑣的代碼。為了統(tǒng)一處理錯(cuò)誤，C++，C#，Java等現(xiàn)代語(yǔ)言引入了異常處理機(jī)制。同樣功能的C++代碼大概如下：
#includeclass?Ex1{
};
class?Ex2{
};
void?f1()
{
????printf("進(jìn)入f1()n");
????if(0/*正確執(zhí)行*/){?}
????else?{
????????throw?Ex1();
????}
????printf("退出f1()n");
}
void?f2()
{
????printf("進(jìn)入f2()n");
????if(1/*正確執(zhí)行*/)?{??}
????else?{
????????throw?Ex2();
????}
????printf("退出f2()n");
}
int?main()
{
????try{
????????f1();
????????f2();
????}catch(Ex1?&ex){
????????printf("處理錯(cuò)誤1n");
????????exit(1);
????}
????catch(Ex2?&ex){
????????printf("處理錯(cuò)誤2n");
????????exit(2);
????}
????return?0;
}123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142
程序輸出：
進(jìn)入f1() 處理錯(cuò)誤1
1212
可見(jiàn)，異常處理讓代碼看起來(lái)更加整潔，邏輯代碼在一起，錯(cuò)誤處理代碼在一起。throw后面的語(yǔ)句不再執(zhí)行，執(zhí)行流直接跳轉(zhuǎn)到最近的try對(duì)應(yīng)的catch塊。
可以推測(cè)，
throw要負(fù)責(zé)兩件事情：（1）完成跳轉(zhuǎn)；（2）恢復(fù)堆棧AR；try則負(fù)責(zé)保存當(dāng)前AR
可見(jiàn)這與setjmp/longjmp基本相當(dāng)。于是可以在C中近似寫成。
#include#include#includejmp_buf?jb;
void?f1()
{
????printf("進(jìn)入f1()n");
????if(0/*正確執(zhí)行*/){?}
????else?{
????????longjmp(jb,1);
????}
????printf("退出f1()n");
}
void?f2()
{
????printf("進(jìn)入f2()n");
????if(1/*正確執(zhí)行*/)?{??}
????else?{
????????longjmp(jb,?2);
????}
????printf("退出f2()n");
}
int?main()
{
????int?r?=?setjmp(jb);
????if(r==0){
????????f1();
????????f2();
????}else?if(r==1){
????????printf("處理錯(cuò)誤1n");
????????exit(1);
????}else?if(r==2){
????????printf("處理錯(cuò)誤2n");
????????exit(2);
????}
????return?0;
}12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940411234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041
當(dāng)然完整的異常處理遠(yuǎn)比這里的代碼要復(fù)雜，需要考慮異常的嵌套等，這里僅僅給出最簡(jiǎn)單的思路。
4 不要在C++中使用setjmp和longjmp
C++為異常處理提供了直接支持。除非極特殊需要，不要再重新實(shí)現(xiàn)自己的異常機(jī)制，尤其需要說(shuō)明的是，簡(jiǎn)單的調(diào)用setjmp/longjmp有可能帶來(lái)問(wèn)題。如
#include#include#includeclass?MyClass
{
public:
????MyClass(){?printf("MyClass::MyClass()n");}
????~MyClass(){?printf("MyClass::~MyClass()n");}
};
jmp_buf?jb;
void?f1()
{
????MyClass?obj;
????printf("進(jìn)入f1()n");
????if(0/*正確執(zhí)行*/){?}
????else?{
????????longjmp(jb,1);
????}
????printf("退出f1()n");
}
void?f2()
{
????printf("進(jìn)入f2()n");
????if(1/*正確執(zhí)行*/)?{??}
????else?{
????????longjmp(jb,?2);
????}
????printf("退出f2()n");
}
int?main()
{
????int?r?=?setjmp(jb);
????if(r==0){
????????f1();
????????f2();
????}else?if(r==1){
????????printf("處理錯(cuò)誤1n");
????????exit(1);
????}else?if(r==2){
????????printf("處理錯(cuò)誤2n");
????????exit(2);
????}
????return?0;
}123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748
g++編譯，程序輸出：
MyClass::MyClass() 進(jìn)入f1() 處理錯(cuò)誤1
123123
vc++編譯，程序輸出：
MyClass::MyClass() 進(jìn)入f1() MyClass::~MyClass() 處理錯(cuò)誤1
12341234
longjmp()跳轉(zhuǎn)前局部對(duì)象可能并不會(huì)析構(gòu)（g++），也可能析構(gòu)（VC++），C++標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此并無(wú)明確要求。這種依賴于具體編譯器版本的代碼是應(yīng)該避免的。
而C++本身的throw關(guān)鍵字，卻能嚴(yán)格保證局部對(duì)象構(gòu)造和析構(gòu)的成對(duì)調(diào)用。
5 辯證看待異常處理
為實(shí)現(xiàn)異常處理，C++編譯器為此必須做更多的工作，也必然導(dǎo)致在AR中直接或間接地存放更多的信息，并產(chǎn)生操作這些信息的匯編代碼，最終必然導(dǎo)致運(yùn)行效率的降低。
另一方面，已經(jīng)存在大量沒(méi)有嚴(yán)格使用異常處理C++函數(shù)庫(kù)和類庫(kù)，兼容的C庫(kù)更是沒(méi)有異常的概念，歷史的包袱讓C++很難完全采用異常處理。在這個(gè)方面，Java和C#從頭開(kāi)始，重要的庫(kù)都實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的異常處理規(guī)范，完全采用異常機(jī)制切實(shí)可行。
有趣的是C++11在標(biāo)準(zhǔn)中刪除了異常規(guī)范，而且添加了 noexcept關(guān)鍵字來(lái)聲明一個(gè)函數(shù)不會(huì)拋出異常，可見(jiàn)異常并不是那么受歡迎。
C++編譯器也會(huì)提供一個(gè)禁用異常的選項(xiàng)。?
然而，C++的STL廣泛使用異常，所以實(shí)際上使用了STL的C++程序是不可能禁用異常的，要是沒(méi)有了STL，C++又有什么優(yōu)勢(shì)了呢？C++在不斷的矛盾沖突中向前發(fā)展者。
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