| Contents |

34 Long Jump với setjmp, longjmp

Ta đã thấy goto, nhảy trong scope hàm. Nhưng longjmp() cho phép bạn nhảy ngược về một điểm sớm hơn trong thực thi, về một hàm đã gọi hàm này.

Có cả đống hạn chế và cảnh báo, nhưng đây có thể là hàm hữu ích để thoát từ sâu trong call stack ngược lên trạng thái sớm hơn.

Theo kinh nghiệm của tôi, chức năng này rất hiếm khi được dùng.

34.1 Dùng setjmp và longjmp

Vũ điệu ta sẽ làm ở đây là về cơ bản đặt một bookmark trong thực thi với setjmp(). Sau đó, ta gọi longjmp() và nó sẽ nhảy về điểm sớm hơn trong thực thi nơi ta đặt bookmark bằng setjmp().

Và nó có thể làm chuyện này ngay cả khi bạn đã gọi các hàm con.

Đây là demo nhanh trong đó ta gọi vào các hàm sâu vài cấp rồi thoát ra khỏi nó.

Ta sẽ dùng biến file scope env để giữ state khi gọi setjmp() để có thể khôi phục khi gọi longjmp() sau này. Đây là biến ta nhớ “vị trí” của mình.

Biến env thuộc kiểu jmp_buf, một kiểu mờ được khai báo trong <setjmp.h>.

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

jmp_buf env;

void depth2(void)
{
    printf("Entering depth 2\n");
    longjmp(env, 3490);           // Bail out
    printf("Leaving depth 2\n");  // This won't happen
}

void depth1(void)
{
    printf("Entering depth 1\n");
    depth2();
    printf("Leaving depth 1\n");  // This won't happen
}

int main(void)
{
    switch (setjmp(env)) {
      case 0:
          printf("Calling into functions, setjmp() returned 0\n");
          depth1();
          printf("Returned from functions\n");  // This won't happen
          break;

      case 3490:
          printf("Bailed back to main, setjmp() returned 3490\n");
          break;
    }
}

Khi chạy, cái này xuất ra:

Calling into functions, setjmp() returned 0
Entering depth 1
Entering depth 2
Bailed back to main, setjmp() returned 3490

Nếu bạn cố lấy output đó và khớp với code, rõ là có chuyện gì đó rất quái đang xảy ra.

Một trong những thứ đáng chú ý nhất là setjmp() return hai lần. Cái quái gì thế? Phép thuật gì đây?!

Vậy đây là deal: nếu setjmp() trả 0, tức là bạn đã đặt “bookmark” thành công tại điểm đó.

Nếu nó trả khác 0, tức là bạn vừa trở về “bookmark” đã đặt trước đó. (Và giá trị trả về là giá trị bạn truyền cho longjmp().)

Kiểu này bạn có thể phân biệt giữa việc đặt bookmark và trở về nó sau này.

Nên khi code trên gọi setjmp() lần đầu, setjmp() lưu state vào biến env và trả về 0. Sau đó khi ta gọi longjmp() với cùng env đó, nó khôi phục state và setjmp() trả về giá trị đã truyền cho longjmp().

34.2 Bẫy

Dưới mui, cái này khá thẳng thắn. Thông thường stack pointer theo dõi vị trí trong bộ nhớ nơi biến cục bộ được lưu, và program counter theo dõi địa chỉ của lệnh hiện đang thực thi181.

Nên nếu ta muốn nhảy về hàm sớm hơn, về cơ bản chỉ là chuyện khôi phục stack pointer và program counter về giá trị giữ trong biến jmp_buf, và đảm bảo giá trị trả về được set đúng. Và rồi thực thi sẽ tiếp tục ở đó.

Nhưng đủ kiểu yếu tố làm rối cái này, tạo ra một số lượng đáng kể các bẫy hành vi không xác định.

34.2.1 Giá trị của biến cục bộ

Nếu bạn muốn giá trị của biến cục bộ automatic (không static và không extern) tồn tại trong hàm đã gọi setjmp() sau khi một longjmp() xảy ra, bạn phải khai báo các biến đó là volatile.

Về mặt kỹ thuật, chúng chỉ cần volatile nếu chúng thay đổi giữa lúc setjmp() được gọi và lúc longjmp() được gọi182.

Ví dụ, nếu ta chạy code này:

int x = 20;

if (setjmp(env) == 0) {
    x = 30;
}

và sau đó longjmp() quay lại, giá trị của x sẽ không xác định.

Nếu ta muốn sửa chuyện này, x phải là volatile:

volatile int x = 20;

if (setjmp(env) == 0) {
    x = 30;
}

Giờ giá trị sẽ là đúng 30 sau khi một longjmp() đưa ta về điểm này.

34.2.2 Bao nhiêu state được lưu?

Khi bạn longjmp(), thực thi tiếp tục tại điểm của setjmp() tương ứng. Và thế thôi.

Spec chỉ rõ nó giống như bạn đã nhảy về hàm tại điểm đó với biến cục bộ được set về bất cứ giá trị nào chúng có tại lúc gọi longjmp().

Những thứ không được khôi phục bao gồm, diễn giải lại spec:

34.2.3 Bạn không thể đặt tên gì là setjmp

Bạn không thể có định danh extern nào với tên setjmp. Hoặc, nếu setjmp là macro, bạn không thể undefine nó.

Cả hai đều là hành vi không xác định.

34.2.4 Bạn không thể setjmp() trong biểu thức lớn hơn

Tức là, bạn không thể làm kiểu này:

if (x == 12 && setjmp(env) == 0) { ... }

Chuyện đó quá phức tạp để spec cho phép vì những cỗ máy cần chạy khi tháo stack và tất cả mấy chuyện đó. Ta không thể longjmp() về vào biểu thức phức tạp nào đó mà chỉ mới thực thi một phần.

Nên có giới hạn về độ phức tạp của biểu thức đó.

34.2.5 Khi nào bạn không thể longjmp()?

Là hành vi không xác định nếu:

Ở cái cuối, “thoát” bao gồm return bình thường khỏi hàm, cũng như trường hợp một longjmp() khác nhảy về “sớm hơn” trong call stack so với hàm đang nói tới.

34.2.6 Bạn không thể truyền 0 cho longjmp()

Nếu bạn thử truyền giá trị 0 cho longjmp(), nó sẽ âm thầm đổi giá trị đó thành 1.

Vì setjmp() rốt cuộc trả giá trị này, và việc setjmp() trả 0 có nghĩa đặc biệt, nên trả 0 bị cấm.

34.2.7 longjmp() và mảng độ dài biến đổi

Nếu bạn đang trong scope của một VLA và longjmp() ra ngoài, bộ nhớ cấp cho VLA có thể bị leak183.

Chuyện tương tự xảy ra nếu bạn longjmp() về qua bất kỳ hàm sớm hơn nào vẫn còn VLA trong scope.

Đây là một thứ thực sự làm tôi thấy phiền về VLA, rằng bạn có thể viết code C hoàn toàn hợp lệ mà phí bộ nhớ. Nhưng thôi, tôi không phải người quyết spec.

| Contents |