c中的setjump和longjump

概念

goto可能会导致程序逻辑的混乱，并且非常容易导致程序栈帧的混乱，造成不可预知的后果。

setjump和longjump用于代替goto。由于操作系统调用会有很“深”的函数调用，当某些操作完成后，系统调用函数想要快速返回用户层函数而不是一层层地返回，所以这里经常用setjmp/longjmp。

另外笔者实践发现，某些时候递归函数使用setump/longjmp也能有很神奇的用处。

  • 使用setjmp/longjmp宏要包含setjmp.h
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    int setjmp(jmp_buf env);
  • env是jmp_buf类型的变量，用于保存setjmp时的环境
  • 第一次调用setjmp必返回0，之后依据longjmp返回
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void longjmp(jmp_buf env,int ret_val);

(void是我猜的)

  • env 之前setjmp保存的环境，跳转到保存的那一行
  • ret_val 跳转到setjmp时返回值

例子

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#include <stdio.h>
#include <setjmp.h>

jmp_buf buf;
void second(){
    printf("second\n");
    longjmp(buf,1); // setjmp返回1
}
void first(){
    second();
    printf("first\n"); // 执行不到这一行
}
int main() {
    if(!setjmp(buf)){ // 第一次返回0，所以执行first，第二次由于longjmp，返回1，执行else
        first();
    }else{
        printf("main\n");
    }
    
}

输出

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second
main

底层实现

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buf:
        .zero   200
.LC0:
        .string "second"
second():
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        mov     edi, OFFSET FLAT:.LC0
        call    puts
        mov     esi, 1
        mov     edi, OFFSET FLAT:buf
        call    longjmp
.LC1:
        .string "first"
first():
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        call    second()
        mov     edi, OFFSET FLAT:.LC1
        call    puts
        nop
        pop     rbp
        ret
.LC2:
        .string "main"
main:
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        mov     edi, OFFSET FLAT:buf
        call    _setjmp
        test    eax, eax
        sete    al
        test    al, al
        je      .L5
        call    first()
        jmp     .L6
.L5:
        mov     edi, OFFSET FLAT:.LC2
        call    puts
.L6:
        mov     eax, 0
        pop     rbp
        ret
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typedef struct _JUMP_BUFFER
{
    unsigned __int64 Frame;
    unsigned __int64 Rbx;
    unsigned __int64 Rsp;
    unsigned __int64 Rbp;
    unsigned __int64 Rsi;
    unsigned __int64 Rdi;
    unsigned __int64 R12;
    unsigned __int64 R13;
    unsigned __int64 R14;
    unsigned __int64 R15;
    unsigned __int64 Rip;
    unsigned long MxCsr;
    unsigned short FpCsr;
    unsigned short Spare;

    SETJMP_FLOAT128 Xmm6;
    SETJMP_FLOAT128 Xmm7;
    SETJMP_FLOAT128 Xmm8;
    SETJMP_FLOAT128 Xmm9;
    SETJMP_FLOAT128 Xmm10;
    SETJMP_FLOAT128 Xmm11;
    SETJMP_FLOAT128 Xmm12;
    SETJMP_FLOAT128 Xmm13;
    SETJMP_FLOAT128 Xmm14;
    SETJMP_FLOAT128 Xmm15;
} _JUMP_BUFFER;

可以看到buffer内保存了所有寄存器和相关信息

参考资料

[1] C 库宏 - setjmp()