快捷導(dǎo)航

c語言中的局部跳轉(zhuǎn)及全局跳轉(zhuǎn)功能

更新時間：2024年09月19日 10:47:20 作者：標(biāo)標(biāo)大人

本文介紹了C語言中的goto語句,以及如何使用setjmp和longjmp實現(xiàn)跨函數(shù)的跳轉(zhuǎn),詳細(xì)講解了setjmp和longjmp的使用方法和注意事項,以及使用這種全局跳轉(zhuǎn)后變量狀態(tài)的不確定性,感興趣的朋友一起看看吧

一、前言

在c語言中，當(dāng)我們在處理某些異常情況的時候，經(jīng)常會使用goto語句來進行跳轉(zhuǎn)。goto用起來很方便，但可能很多人都不知道，goto只能在一個函數(shù)里面跳轉(zhuǎn)，并不能夠跨函數(shù)跳轉(zhuǎn)。本文將介紹能夠跨函數(shù)跳轉(zhuǎn)的接口setjmp和longjmp，將圍繞如下內(nèi)容展開：
1.goto的局限性
2.進程運行時的棧幀結(jié)構(gòu)
3.setjmp和longjmp簡介和使用方法
4.使用了全局跳轉(zhuǎn)后main中變量的狀態(tài)

二、goto的局限性

goto只能在同一個函數(shù)里面跳轉(zhuǎn)，無法從一個函數(shù)跳轉(zhuǎn)到另一個函數(shù)中。如果試圖從一個函數(shù)跳轉(zhuǎn)到另一個函數(shù)，則編譯會報錯。參考代碼如下：

/*************************************************************************
        > File Name: goto_test.c
        > Author: conbiao
        > Created Time: 2024年09月13日 星期五 10時47分41秒
 ************************************************************************/
/***********************************************************************
 *                             HEADER
 **********************************************************************/
#include<stdio.h>
/***********************************************************************
 *                              MACRO
 **********************************************************************/
/***********************************************************************
 *                          GLOBAL VARIABLE
 **********************************************************************/
/***********************************************************************
 *                       FUNCTION DESCRIPTION
 **********************************************************************/
void goto_test(void);
/***********************************************************************
* FUNCTION NAME: void goto_test()
 ***********************************************************************
*
* Summary:
*       This function is used to test goto.
*
* Params:
*       NONE.
*
* Return:
*       NONE.
*
***********************************************************************/
void goto_test(void)
{
    int i;
start:
    i = 0;
    printf("%s: start!\n",__func__);
    while(1)
    {
        printf("%s: i = %d\n",__func__,i++);
        if(i > 5)
            goto main_start;
    }
}
/***********************************************************************
 *                                MAIN
 **********************************************************************/
int main(int argc, char *argv[])
{
    int ret = 0;
main_start:
    printf("%s: start!\n",__func__);
    goto_test();
    return ret;
}

編譯結(jié)果如下：

（2-1）
如果在同一個函數(shù)中使用goto，則能夠正常跳轉(zhuǎn)，代碼如下：

/*************************************************************************
        > File Name: goto_test.c
        > Author: conbiao
        > Created Time: 2024年09月13日 星期五 10時47分41秒
 ************************************************************************/
/***********************************************************************
 *                             HEADER
 **********************************************************************/
#include<stdio.h>
/***********************************************************************
 *                              MACRO
 **********************************************************************/
/***********************************************************************
 *                          GLOBAL VARIABLE
 **********************************************************************/
/***********************************************************************
 *                       FUNCTION DESCRIPTION
 **********************************************************************/
void goto_test(void);
/***********************************************************************
* FUNCTION NAME: void goto_test()
 ***********************************************************************
*
* Summary:
*       This function is used to test goto.
*
* Params:
*       NONE.
*
* Return:
*       NONE.
*
***********************************************************************/
void goto_test(void)
{
    int i;
start:
    i = 0;
    printf("%s: start!\n",__func__);
    while(1)
    {
        printf("%s: i = %d\n",__func__,i++);
        if(i > 5)
            goto start;
    }
}
/***********************************************************************
 *                                MAIN
 **********************************************************************/
int main(int argc, char *argv[])
{
    int ret = 0;
main_start:
    printf("%s: start!\n",__func__);
    goto_test();
    return ret;
}

運行結(jié)果如下：

(2-2)

三、進程運行時的棧幀結(jié)構(gòu)

在https://editor.csdn.net/md/?articleId=142054973一節(jié)中已經(jīng)介紹過c程序運行時的存儲空間布局，這其實是一個進程的進程空間結(jié)構(gòu)。其中，棧空間用于存儲程序在運行過程中使用到的臨時變量，在進程空間中，系統(tǒng)為每個函數(shù)分配一個棧幀，結(jié)構(gòu)如下：

goto只能在其調(diào)用函數(shù)的棧幀中跳轉(zhuǎn)，無法從一個棧幀跳轉(zhuǎn)到另一個棧幀。

四、setjmp和longjmp

使用setjmp和longjmp能夠?qū)崿F(xiàn)在棧幀上進行跳躍，其中setjmp用于設(shè)置標(biāo)記，它會保存當(dāng)前的執(zhí)行環(huán)境（如程序計數(shù)器、棧指針等）在調(diào)用longjmp后，會恢復(fù)之前保存的執(zhí)行環(huán)境，相當(dāng)于跳轉(zhuǎn)到setjmp的位置，。

4.1 setjmp

setjmp的函數(shù)實現(xiàn)如下：

頭文件：#include <setjmp.h>
函數(shù)原型： int setjmp(jmp_buf env);
返回值：
如果 setjmp 是直接調(diào)用的，它將返回 0。
如果 setjmp 是通過 longjmp 調(diào)用的，它將返回 longjmp 的第二個參數(shù)（非零值）。
傳入?yún)?shù)：
jmp_buf env：這是一個用于存儲執(zhí)行環(huán)境的數(shù)組類型。setjmp 會將當(dāng)前的執(zhí)行環(huán)境保存到這個數(shù)組中。

4.2 longjmp

longjmp的函數(shù)原型如下：

頭文件： #include <setjmp.h> 函數(shù)原型： void longjmp(jmp_buf env, int val);
傳入?yún)?shù)：
jmp_buf env：這是之前由 setjmp 保存的執(zhí)行環(huán)境。
int val：這是 longjmp 返回給 setjmp 的值。通常是一個非零值，用于區(qū)分不同的跳轉(zhuǎn)點。

4.3 參考代碼

/*************************************************************************
        > File Name: jump_test.c
        > Author: conbiao
        > Created Time: 2024年09月13日 星期五 14時24分11秒
 ************************************************************************/
/***********************************************************************
 *                             HEADER
 **********************************************************************/
#include<stdio.h>
#include<setjmp.h>
/***********************************************************************
 *                              MACRO
 **********************************************************************/
/***********************************************************************
 *                          GLOBAL VARIABLE
 **********************************************************************/
jmp_buf env;
static int i = 0;
/***********************************************************************
 *                       FUNCTION DESCRIPTION
 **********************************************************************/
void func1(void);
/***********************************************************************
* FUNCTION NAME:
 ***********************************************************************
*
* Summary:
*
* Params:
*
* Return:
*
***********************************************************************/
void func1(void)
{
    printf("%s: start!\n",__func__);
    while(i < 8)
    {
        longjmp(env,i++);
    }
}
/***********************************************************************
 *                                MAIN
 **********************************************************************/
int main(int argc, char *argv[])
{
    int ret = 0;
    ret = setjmp(env);
    if(ret == 0)
    {
        printf("%s: This is the first call setjump!\n",__func__);
    }
    else
    {
        printf("%s: This is return from longjmp! ret = %d\n",__func__,ret);
    }
    func1();
    return ret;
}

運行結(jié)果如下：

(4.3-1)
可見，使用setjmp和longjmp實現(xiàn)了從func1的棧幀跳轉(zhuǎn)到main函數(shù)所在的棧幀的功能。

分析一下上面代碼的執(zhí)行過程，在main函數(shù)調(diào)用setjmp前，該進程的棧如下：

（4.3-2）
到執(zhí)行func1函數(shù)，調(diào)用longjmp前，?？臻g如下：

（4.3-3）
在setjmp時，會將當(dāng)前的執(zhí)行環(huán)境信息保存到env中，當(dāng)執(zhí)行l(wèi)ongjmp時，?？臻g會回到4.3-2的情況，func1的棧幀就沒有了。

五、使用全局跳轉(zhuǎn)后main函數(shù)中變量的狀態(tài)

上文已經(jīng)說明了，使用longjmp會使程序回退到setjmp前的狀態(tài)。那么，如果main函數(shù)中在調(diào)用setjmp前定義了一個變量，在調(diào)用setjmp后改變了這個變量的值，那么當(dāng)調(diào)用longjmp后，該變量的值是調(diào)用setjmp前的還是后的呢？
c標(biāo)準(zhǔn)表示這個狀態(tài)是不確定的。
如果希望調(diào)用longjmp后該變量的值不變，那么可以將該變量定義為全局變量或者使用static修飾，亦或者使用volatile屬性聲明。

參考資料：