第18章 setjmp与longjmp

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18、setjmp与longjmp：正确使用setjmp/longjmp、自动变量的值、longjmp与信号处理的交互

setjmp和longjmp，这对函数在C语言里算是个「异类」。它们能让你在函数调用栈里「跳来跳去」，有点像goto的超级加强版。但说实话，我在项目里见过不少人用它们翻车。今天我就把这块的坑和正确用法，掰开了讲清楚。

18.1 setjmp/longjmp的基本用法

先看个最简单的例子，感受一下它们是怎么工作的：

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

jmp_buf env;

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

int main() {
    int ret;
    if ((ret = setjmp(env)) == 0) {
        printf("第一次调用setjmp，ret=%d\n", ret);
        func();
    } else {
        printf("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
longjmp跳回来了，ret=42

setjmp第一次调用时返回0，然后你正常执行。当longjmp被调用时，程序会「瞬间」跳回到setjmp的位置，并且setjmp这次返回的是longjmp的第二个参数（这里是42）。

嗯，这里要注意：longjmp的第二个参数不能是0。如果你传了0，它会自动变成1。这是标准规定的，我猜是为了和setjmp首次返回0做区分。

18.2 自动变量的值——一个经典的陷阱

这是setjmp/longjmp最容易踩的坑，没有之一。我在项目中就遇到过，排查了整整一个下午。

看这段代码：

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

jmp_buf env;

void func() {
    int a = 100;  // 自动变量
    longjmp(env, 1);
}

int main() {
    int val = 0;
    if (setjmp(env) == 0) {
        val = 42;
        func();
    } else {
        printf("val = %d\n", val);  // 结果可能是42，也可能是未定义的值
    }
    return 0;
}

为什么会这样？因为longjmp跳回去之后，自动变量的值是不确定的。标准说：如果自动变量在setjmp和longjmp之间被修改了，并且这个变量是volatile的，那它的值是确定的；否则，值是不确定的。

说白了，编译器可能把变量存在寄存器里，longjmp恢复上下文时，寄存器被还原了，但内存里的值没变。这就导致你拿到的值「看运气」。

⚠️ 重要警告： 在setjmp和longjmp之间被修改的自动变量，如果不加volatile，其值在longjmp之后是未定义的。这不是bug，是标准行为。

正确的做法是：要么把变量声明为volatile，要么声明为static。

volatile int val = 0;  // 加volatile，保证值正确
// 或者
static int val = 0;    // 静态变量不受影响

我个人习惯是：只要用了setjmp/longjmp，所有在两者之间可能被修改的自动变量，一律加volatile。省心。

18.3 longjmp与信号处理的交互

信号处理函数里用longjmp，这事我劝你三思。但有时候确实需要，比如超时处理、异常恢复等场景。

先看一个典型的「信号+longjmp」模式：

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

jmp_buf env;
volatile int timeout_flag = 0;

void sigalrm_handler(int sig) {
    timeout_flag = 1;
    longjmp(env, 1);  // 信号处理中跳转
}

int main() {
    signal(SIGALRM, sigalrm_handler);
    
    if (setjmp(env) == 0) {
        alarm(3);  // 3秒后触发SIGALRM
        printf("开始等待...\n");
        while (!timeout_flag) {
            // 做一些耗时操作
        }
        alarm(0);  // 取消闹钟
        printf("正常完成\n");
    } else {
        printf("超时了！\n");
    }
    return 0;
}

这段代码看起来没问题，但实际运行中可能出问题。为什么？

第一，信号处理函数中调用longjmp是不安全的。 标准说，信号处理函数里可以调用longjmp，但前提是信号处理函数执行期间，没有未完成的异步信号。说白了，如果你在信号处理函数里longjmp，而这时候又来了一个信号，程序行为就是未定义的。

第二，可重入性问题。 信号处理函数里longjmp跳走了，但有些系统调用可能处于「半完成」状态。比如你正在read一个文件描述符，信号来了，longjmp跳走了，这个文件描述符的状态就乱了。

💡 我的建议： 如果非要在信号处理里用longjmp，请确保：
1. 信号处理函数只做最简单的操作——设置标志位，然后longjmp。
2. 不要嵌套信号，在longjmp之前屏蔽其他信号。
3. 跳回去之后，立即检查并恢复所有可能被中断的资源（文件描述符、锁等）。

18.4 避坑指南——我踩过的那些坑

我曾经在一个嵌入式项目里，用setjmp/longjmp实现了一个「任务调度器」。想法很美好：每个任务用setjmp保存上下文，时间片到了就longjmp跳回调度器。结果呢？

坑1： 忘了给自动变量加volatile，任务切换后数据全乱了。排查了两天，最后发现是编译器优化把变量放寄存器里了。
坑2： 在中断服务函数里调用了longjmp，结果中断嵌套导致栈乱了。从那以后，我规定团队：中断里绝对不允许用longjmp。
坑3： longjmp跳回去之后，malloc分配的内存没释放，造成了内存泄漏。因为longjmp不会调用任何析构函数或清理代码。

核心原则：

setjmp和longjmp之间被修改的自动变量，必须加volatile。
信号处理函数中慎用longjmp，非用不可时，确保信号被屏蔽。
longjmp不会释放资源（堆内存、文件描述符、锁等），跳转前要手动清理。
不要跨不同栈层级多次longjmp，容易导致栈混乱。
setjmp的返回值只能用于判断是首次调用还是longjmp跳回，不要做其他算术运算。

18.5 知识体系图

下面这张图总结了setjmp/longjmp的核心知识点和它们之间的关系：

18.6 总结

setjmp和longjmp是C语言里的一把「双刃剑」。用好了，可以实现优雅的错误恢复和协程调度；用不好，就是一场灾难。

我个人对它们的看法是：能不用就不用，非用不可时，严格遵守规则。 尤其是自动变量的volatile声明和信号处理中的使用限制，这两条是红线，踩了就是未定义行为。

你想想看，一个longjmp跳回去，变量值不对了，资源没释放，信号处理乱套了——这种bug查起来，真的是欲哭无泪。我在项目里吃过亏，所以现在看到setjmp/longjmp，都会多留个心眼。

一句话记住： setjmp/longjmp不是goto，它跳的是「执行上下文」，不是「代码行」。尊重它的规则，它才能为你所用。

公众号:蓝海资料掘金营，微信deep3321

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18.2 自动变量的值——一个经典的陷阱

18.3 longjmp与信号处理的交互

18.4 避坑指南——我踩过的那些坑

18.5 知识体系图

18.6 总结