3、setjmp/longjmp 实战：实现一个简单的非局部跳转，模拟协程切换

说实话，很多搞嵌入式的人一听到「协程」就觉得高大上。其实没那么玄乎。

协程切换的核心，说白了就是一件事：保存当前执行现场，跳转到另一个执行现场。而 C 标准库里的 setjmp 和 longjmp，恰好就是干这个的。

我当年第一次接触协程，就是在做一个资源受限的 MCU 项目。那时候没有 RTOS，又想实现多任务，硬是用 setjmp/longjmp 手搓了一个微型调度器。嗯，虽然简陋，但跑得还挺稳。

3.1 setjmp/longjmp 到底干了什么？

先看两个函数的原型：

#include <setjmp.h>

int setjmp(jmp_buf env);
void longjmp(jmp_buf env, int val);

setjmp 会保存当前的「执行上下文」——包括程序计数器、栈指针、寄存器等——到 env 里。然后返回 0。

longjmp 则干相反的事：它从 env 恢复之前保存的上下文，然后跳回去。注意，longjmp 不会返回，它直接让程序流回到 setjmp 的位置。这时候 setjmp 的返回值就是 longjmp 传进去的 val。

你想想看，如果我们在一个函数里调用 setjmp，保存现场，然后跳转到另一个函数去执行。等另一个函数执行到某个点，再 longjmp 回来——这不就是协程的 yield 和 resume 吗？

3.2 一个最简单的非局部跳转示例

先别急着谈协程，我们从一个最基础的例子开始。

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

jmp_buf env;

void func_b() {
    printf("进入 func_b\n");
    longjmp(env, 42);  // 跳回 setjmp 处，返回值为 42
    printf("这行永远不会执行\n");
}

int main() {
    int ret = setjmp(env);
    if (ret == 0) {
        printf("第一次调用 setjmp，ret = %d\n", ret);
        func_b();
    } else {
        printf("从 longjmp 跳回来了，ret = %d\n", ret);
    }
    return 0;
}

运行结果：

第一次调用 setjmp，ret = 0
进入 func_b
从 longjmp 跳回来了，ret = 42

看到了吗？func_b 里的 longjmp 直接让程序跳回了 main 里的 setjmp 位置。而且 func_b 里 longjmp 后面的代码根本没机会执行。

3.3 用 setjmp/longjmp 模拟协程切换

好，现在我们来点实战。假设我们有两个「协程」：一个打印奇数，一个打印偶数。它们交替执行，每次打印一个数后主动让出 CPU。

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

#define MAX_COROUTINES 2

jmp_buf main_env;
jmp_buf coro_env[MAX_COROUTINES];
int current = 0;

void coroutine_even() {
    int i;
    for (i = 0; i <= 10; i += 2) {
        printf("偶数协程: %d\n", i);
        if (!setjmp(coro_env[0])) {
            longjmp(main_env, 1);  // 让出 CPU，回到主循环
        }
    }
    // 结束前跳回主循环，不再回来
    longjmp(main_env, 0);
}

void coroutine_odd() {
    int i;
    for (i = 1; i <= 9; i += 2) {
        printf("奇数协程: %d\n", i);
        if (!setjmp(coro_env[1])) {
            longjmp(main_env, 1);  // 让出 CPU
        }
    }
    longjmp(main_env, 0);
}

int main() {
    printf("开始协程切换演示\n");

    // 初始化：先保存主循环的上下文
    if (setjmp(main_env) == 0) {
        // 第一次进入，启动协程 0
        current = 0;
        coroutine_even();
    } else {
        // 被 longjmp 跳回，切换协程
        current = 1 - current;  // 0 -> 1, 1 -> 0
        if (current == 0) {
            longjmp(coro_env[0], 1);
        } else {
            longjmp(coro_env[1], 1);
        }
    }

    printf("所有协程执行完毕\n");
    return 0;
}

这个例子虽然简单，但已经具备了协程调度的雏形：

• 每个协程有自己的 jmp_buf，保存自己的执行现场
• 协程内部用 setjmp 保存自己的断点，然后用 longjmp 跳回主调度器
• 主调度器用 setjmp 保存自己的位置，然后根据当前协程 ID 决定跳转到哪个协程

3.4 核心逻辑流程图

下面这张图展示了 setjmp/longjmp 模拟协程切换的完整流程。我建议你仔细看看，尤其是箭头的走向。

从图里可以看得很清楚：主调度器先启动协程 0，协程 0 打印一个数后 yield 回主调度器；主调度器再切换到协程 1，协程 1 打印一个数后 yield 回来。如此反复，直到两个协程都跑完。

3.5 这个方案的局限性

上面这个例子能跑，但离真正的协程库还差得远。我列几个实际项目中会遇到的问题：

问题	说明	影响
栈空间	所有协程共用同一个调用栈，嵌套调用会覆盖栈帧	不能实现真正的独立栈协程
局部变量	longjmp 跳回后，局部变量可能被优化掉	需要用 volatile 声明
不可重入	setjmp/longjmp 不是线程安全的	不能用于多线程环境
调度策略	上面例子是简单的轮转，没有优先级	需要自己实现调度算法

3.6 避坑指南

最后分享几个我实际调试中遇到的坑：

• 不要跨函数调用 longjmp 到已返回的函数：如果 setjmp 所在的函数已经返回了，你再 longjmp 回去，那就是未定义行为。程序大概率会崩溃。
• 注意 volatile 关键字：在 setjmp 和 longjmp 之间被修改的局部变量，如果没加 volatile，编译器可能优化掉你的修改。我吃过这个亏，调试了一下午才发现。
• longjmp 不能用于信号处理函数：POSIX 标准明确禁止在信号处理函数里调用 longjmp。如果你需要，请用 sigsetjmp/siglongjmp。

好了，这一章的内容就到这里。setjmp/longjmp 虽然简单，但它是理解协程切换机制的最佳起点。下一章我们会在此基础上，引入栈管理和调度器，实现一个真正可用的协程库。

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