3． setjmp：保存上下文信息

我们知道，C 代码在编译成二进制文件之后，在执行时被加载到内存中，CPU 按照顺序到代码段取出每一条指令来执行。在 CPU 中有很多个寄存器，用来保存当前的执行环境，比如：代码段寄存器CS、指令偏移量寄存器IP，当然了还有其他很多其它寄存器，我们把这个执行环境称作上下文。

CPU 在获取下一条执行指令时，通过 CS 和 IP 这 2 个寄存器就能获取到需要执行的指令，如下图：

补充一下知识点：

上图中，把代码段寄存器 CS 当做一个基地址来看待了，也就是说：CS 指向代码段在内存中的开始地址，IP 寄存器代表下一个要执行的指令地址距离这个基地址的偏移量。因此每次取指令时，只需要把这 2 个寄存器中的值相加，就得到了指令的地址；其实，在 x86 平台上，代码段寄存器 CS 并不是一个基地址，而是一个选择子。在操作系统的某个地方有一个表格，这个表格里存储了代码段真正的开始地址，而 CS 寄存器中 只是存储了一个索引值，这个索引值指向这个表格中的某个表项，这里涉及到虚拟内存的相关知识了；IP 寄存器在获取一条指令之后，自动往下移动到下一个指令的开始位置，至于移动多少个字节，那就要看当前取出的这条指令占用了多少个字节。

CPU 是一个大傻瓜，它没有任何的想法，我们让它干什么，它就干什么。比如取指令：我们只要设置 CS 和 IP 寄存器，CPU 就用这 2 个寄存器里的值去获取指令。如果把这 2 个寄存器设置为一个错误的值，CPU 也会傻不拉几的去取指令，只不过在执行时就会崩溃。

我们可以简单的把这些寄存器信息理解为上下文信息，CPU 就根据这些上下文信息来执行。因此，C 语言为我们准备了 setjmp 这个库函数来把当前的上下文信息保存起来，暂时存储到一个缓冲区中。

保存的目的是什么？为了在以后可以恢复到当前这个地方继续执行。

还有一个更简单的例子：服务器中的快照。快照的作用是什么？当服务器出现错误时，可以恢复到某个快照！

4． longjmp： 实现跳转

说到跳转，脑袋中立刻跳出的概念就是 goto 语句，我发现很多教程都对 goto 语句很有意见，认为在代码中应该尽量不要使用它。这样的观点出发点是好的：如果 goto 使用太多，会影响对代码执行顺序的理解。

但是如果看一下 Linux 内核的代码，可以发现很多的 goto 语句。还是那句话：在代码维护和执行效率上要寻找一个平衡点。

跳转改变了程序的执行序列，goto 语句只能在函数内部进行跳转，如果是跨函数它就无能为力了。

因此，C 语言中为我们提供了 longjmp 函数来实现远程跳转，从它的名字就可以额看出来，也就是说可以跨函数跳转。

从 CPU 的角度看，所谓的跳转就是把上下文中的各种寄存器设置为某个时刻的快照，很显然，上面的 setjmp 函数中，已经把那个时刻的上下文信息（快照）存储到一个临时缓冲区中了，如果要跳转到那个地方去接着执行，直接告诉 CPU 就行了。

怎么告诉 CPU 呢？就是把临时缓冲区中的这些寄存器信息覆盖掉 CPU 中使用的那些寄存器即可。

5． setjmp：返回类型和返回值

在某些需要多进程的程序中，我们经常使用 fork 函数来从当前的进程中＂孵化＂一个新的进程，这个新进程从 fork 这个函数的下一条语句开始执行。

对于主进程来说，调用 fork 函数之后返回，也是继续执行下一条语句，那么如何来区分是主进程还是新进程呢？ fork 函数提供了一个返回值给我们来进行区分：

fork 函数返回 0：代表这是新进程；
fork 函数返回非 0：代表是原来的主进程，返回数值是新进程的进程号。

类似的，setjmp 函数也有不同的返回类型。也许用返回类型来表述不太准确，可以这样理解：从 setjmp 函数返回，一共有 2 个场景：

主动调用 setjmp 时：返回 0，主动调用的目的是为了保存上下文，建立快照。通过 longjmp 跳转过来时：返回非 0，此时的返回值是由 longjmp 的第二个参数来指定的。

根据以上这 2 种不同的值，我们就可以进行不同的分支处理了。当通过 longjmp 跳转返回的时候，可以根据实际场景，返回不同的非 0 值。有过 Python、Lua 等脚本语言编程经验的小伙伴，是不是想到了 yield／resume 函数？它们在参数、返回值上的外在表现是一样的！

小结：到这里，基本上把 setjmp／longjmp 这 2 个函数的使用方法讲完了，不知道我描述的是否足够清楚。此时，再看一下文章开头的示例代码，应该一目了然了。

三、利用 setjmp／longjmp 实现异常捕获

既然 C 函数库给我们提供了这个工具，那就肯定存在一定的使用场景。异常捕获在一些高级语言中（Java／C＋＋），直接在语法层面进行了支持，一般就是 try－catch 语句，但是在 C 语言中需要自己去实现。

我们来演示一个最简单的异常捕获模型，代码一共 56 行：

＃include ＜unistd．h＞＃include ＜stdio．h＞＃include ＜stdlib．h＞＃include ＜setjmp．h＞
typedef int     BOOL；＃define TRUE    1＃define FALSE   0
／／ 枚举：错误代码typedef enum ＿ErrorCode＿ ｛    ERR＿OK ＝ 100，         ／／ 没有错误    ERR＿DIV＿BY＿ZERO ＝ －1  ／／ 除数为 0｝ ErrorCode；
／／ 保存上下文的缓冲区jmp＿buf gExcptBuf；
／／ 可能发生异常的函数typedef int （＊pf）（int， int）；int my＿div（int a， int b）｛    if （0 ＝＝ b）    ｛        ／／ 发生异常，跳转到函数执行之前的位置        ／／ 第2个参数是异常代码        longjmp（gExcptBuf， ERR＿DIV＿BY＿ZERO）；    ｝    ／／ 没有异常，返回正确结果    return a ／ b；｝
／／ 在这个函数中执行可能会出现异常的函数int try（pf func， int a， int b）｛    ／／ 保存上下文，如果发生异常，将会跳入这里    int ret ＝ setjmp（gExcptBuf）；    if （0 ＝＝ ret）    ｛        ／／ 调用可能发生异常的哈数        func（a， b）；        ／／ 没有发生异常        return ERR＿OK；    ｝    else    ｛        ／／ 发生了异常，ret 中是异常代码        return ret；    ｝｝
int main（）｛    int ret ＝ try（my＿div， 8， 0）；     ／／ 会发生异常    ／／ int ret ＝ try（my＿div， 8， 2）；  ／／ 不会发生异常    if （ERR＿OK ＝＝ ret）    ｛        printf（＂try ok ！ ＂）；    ｝    else    ｛        printf（＂try excepton． error ＝ ％d ＂， ret）；    ｝        return 0；｝

代码就不需要详细说明了，直接看代码中的注释即可明白。这个代码仅仅是示意性的，在生产代码中肯定需要更完善的包装才能使用。

有一点需要注意：setjmp／longjmp 仅仅是改变了程序的执行顺序，应用程序自己的一些数据如果需要回滚的话，需要我们自己手动处理。

四、利用 setjmp／longjmp 实现协程 

1． 什么是协程

在 C 程序中，如果需要并发执行的序列一般都是用线程来实现的，那么什么是协程呢？维基百科对于协程的解释是：

更详细的信息在这个页面 协程，网页中具体描述了协程与线程、生成器的比较，各种语言中的实现机制。

我们用生产者和消费者来简单体会一下协程和线程的区别：

2． 线程中的生产者和消费者生产者和消费者是 2 个并行执行的序列，通常用 2 个线程来执行；生产者在生产商品时，消费者处于等待状态（阻塞）。生产完成后，通过信号量通知消费者去消费商品；消费者在消费商品时，生产者处于等待状态（阻塞）。消费结束后，通过信号量通知生产者继续生产商品。3． 协程中的生产者和消费者生产者和消费者在同一个执行序列中执行，通过执行序列的跳转来交替执行；生产者在生产商品之后，放弃 CPU，让消费者执行；消费者在消费商品之后，放弃 CPU，让生产者执行；4． C 语言中的协程实现

这里给出一个最最简单的模型，通过 setjmp／longjmp 来实现协程的机制，主要是目的是来理解协程的执行序列，没有解决参数和返回值的传递问题。

typedef int     BOOL；＃define TRUE    1＃define FALSE   0
／／ 用来存储主程和协程的上下文的数据结构typedef struct ＿Context＿ ｛    jmp＿buf mainBuf；    jmp＿buf coBuf；｝ Context；
／／ 上下文全局变量Context gCtx；
／／ 恢复＃define resume（）     if （0 ＝＝ setjmp（gCtx．mainBuf））     ｛         longjmp（gCtx．coBuf， 1）；     ｝
／／ 挂起＃define yield（）     if （0 ＝＝ setjmp（gCtx．coBuf））     ｛         longjmp（gCtx．mainBuf， 1）；     ｝
／／ 在协程中执行的函数void coroutine＿function（void ＊arg）｛    while （TRUE）  ／／ 死循环    ｛        printf（＂＊＊＊ coroutine： working ＂）；        ／／ 模拟耗时操作        for （int i ＝ 0； i ＜ 10； ＋＋i）        ｛            fprintf（stderr， ＂．＂）；            usleep（1000 ＊ 200）；        ｝        printf（＂＊＊＊ coroutine： suspend ＂）；                ／／ 让出 CPU        yield（）；    ｝｝
／／ 启动一个协程／／ 参数1：func 在协程中执行的函数／／ 参数2：func 需要的参数typedef void （＊pf）（void ＊）；BOOL start＿coroutine（pf func， void ＊arg）｛    ／／ 保存主程的跳转点    if （0 ＝＝ setjmp（gCtx．mainBuf））    ｛        func（arg）； ／／ 调用函数        return TRUE；    ｝
   return FALSE；｝
int main（）｛    ／／ 启动一个协程    start＿coroutine（coroutine＿function， NULL）；        while （TRUE） ／／ 死循环    ｛        printf（＂＝＝＝ main： working ＂）；
       ／／ 模拟耗时操作        for （int i ＝ 0； i ＜ 10； ＋＋i）        ｛            fprintf（stderr， ＂．＂）；            usleep（1000 ＊ 200）；        ｝
       printf（＂＝＝＝ main： suspend ＂）；                ／／ 放弃 CPU，让协程执行        resume（）；    ｝
   return 0；｝
打印信息如下：

如果想深入研究 C 语言中的协程实现，可以看一下达夫设备这个概念，其中利用 goto 和 switch 语句来实现分支跳转，其中使用的语法比较怪异、但是合法。

五、总结

这篇文章的重点是介绍 setjmp／longjmp 的语法和使用场景，在某些需求场景中，能达到事半功倍的效果。

当然，你还可以发挥想象力，通过执行序列的跳转来实现更加花哨的功能，一切皆有可能！

不吹嘘，不炒作，不浮夸，认真写好每一篇文章！

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道哥总结的这篇总结文章，写得很用心，对我的技术提升很有帮助。好东西，要分享！

最后，祝您：面对代码，永无bug；面对生活，春暖花开！