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非本地跳转之setjmp与longjmp

时间:2016-11-30 02:59:09      阅读:247      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:com   思路   str   功能   流转   顺序   变量   images   callee   

非本地跳转(unlocal jump)是与本地跳转相对应的一个概念。

本地跳转主要指的是类似于goto语句的一系列应用,当设置了标志之后,可以跳到所在函数内部的标号上。然而,本地跳转不能将控制权转移到所在程序的任意地点,不能跨越函数,因此也就有了非本地跳转

C语言里面提供了setjmplongjmp函数来进行跨越函数之间的控制权的跳转,从而称之为非本地跳转。

#include <setjmp.h>
int setjmp(jmp_buf env);

该函数主要用来保存当前执行状态,作为后续跳转的目标。调用时,当前状态会被存放在env指向的结构中,env将被 long_jmp 操作作为参数,以返回调用点,跳转的结果看起来就好像刚从setjmp返回一样。

需要注意的是,第一次调用setjmp的时候返回值为0;而从long_jmp操作返回时,返回值是非0的,数值与longjmp传入的参数value有关。通过判断setjmp的返回值,就可以判断当前执行状态。

#include<setjmp.h>
void long_jmp(jmp_buf env, int value);

该函数用来恢复env中保存的执行状态,另一参数value用来传递返回值给跳转目标。如果value值为0,则跳转后返回setjmp处的值为1;否则,返回setjmp处的值为value

因此,整个非本地跳转的执行过程是:首先,在程序中调用setjmp进行当前运行栈环境的保存,接着在程序的其它地方调用longjmp进行跳转,跳转回的位置就是该setjmp的位置。

这其中需要注意的是:jmp_buf类型的变量env,因为该变量保存的是当前执行位置的运行栈环境;因此如果需要还能跳转到这个位置,那么longjmp必须能调用到这个env变量,因此这个变量一般为全局的。

接下来,简单的介绍一下运行栈的概念。  

运行栈

简单的来说,程序运行的时候如果一个函数Fa内部调用了另一个函数Fb,那么当Fb执行完了之后,控制权如何返回给Fa,并继续执行Fa后面的语句呢?这就使用到了运行栈。

简要的说,运行栈里按照函数调用的顺序将一个个函数压入栈中,当一个函数执行结束之后,这个函数的栈帧(stack frame)就会从运行栈中pop出来,并将控制权(PC)转向调用函数(callee),控制权的记录就在每个函数所对应的的栈帧中。

因此,如果我们有程序段如下:

void Fa()
{
    ...
    Fb();
    ...
}
void Fb()
{
    ...
    Fc();
    ...
}
void Fc()
{
    ...
    //do something here
}

void main()
{
    ...
    Fa();
}

那么,当调用到函数Fc时程序的运行栈大致如下图所示:

技术分享

当执行完Fc之后就会将Fc的栈帧pop出来,如下图所示:

技术分享

非本地跳转模拟异常处理机制

当使用非本地跳转时,就不需要一层层的解开程序调用栈,而是直接将控制流转移到对应的位置。

在最初,还没有实现异常处理机制的时候,有的时候会用非本地跳转来模拟异常处理机制,大致思路如下:

#define myTry if(setjmp(env) == 0){

#define myCatch(err) }else if(err != NULL){                                    //TO DO SOMETHING HERE
\
} #define myThrow(err) longjmp(env, err.ToInteger())

在myTry处设置setjmp,并保存当前的程序运行栈到env中,当程序中某个函数throw出一个异常时,就使用longjmp进行跳转。此时,程序又回到了setjmp处,但是因为返回值已经被设置为err.ToInteger(),因此setjmp的返回值肯定不是0,于是程序就进入到了else if分支,即myCatch语句块中。

但是,使用非本地跳转来模拟异常处理机制时会产生一定的问题,那就是在语句块中定义的局部变量所占的内存并不会被正常的释放,导致内存泄漏。

因为,非本地跳转在发生跳转时是直接将程序的控制流转移过去,而不是进行正常的栈退解(stack unwinding)操作,因此并不能识别出其中的变量并进行析构,不过现在的一些编译器已经实现了相应的功能,因编译器而异。

非本地跳转之setjmp与longjmp

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原文地址:http://www.cnblogs.com/saintlas/p/6110690.html

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