C語言非本地跳轉：setjmp/longjmp 異常處理機制完整教學與實戰範例

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背景：為什麼需要 setjmp/longjmp？

goto 僅限函數內部
exit()/abort() 直接終止程式，無法清理資源
需求：跨函數、跨層級錯誤恢復，類似其他語言的 try/catch

核心 API（`<setjmp.h>`）

int setjmp(jmp_buf env);        // 保存環境，首次返回 0，longjmp 返回時非 0
void longjmp(jmp_buf env, int val); // 恢復環境，使 setjmp 返回 val (val==0 則返回 1)

jmp_buf 為不透明型別，儲存：程式計數器、棧指標、框架指標、暫存器等。

基本範例：簡易 try/catch

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

jmp_buf exception_env;

void risky_operation(int code) {
    if (code < 0) {
        printf("例外觸發: code=%d\n", code);
        longjmp(exception_env, code);  // 跳回 setjmp
    }
    printf("正常執行: code=%d\n", code);
}

int main() {
    switch (setjmp(exception_env)) {
        case 0:
            printf("try 區塊開始\n");
            risky_operation(1);
            risky_operation(-1);  // 觸發例外
            risky_operation(2);   // 不會執行
            break;
        case -1:
            printf("catch 區塊: 捕獲錯誤 -1\n");
            break;
        default:
            printf("catch 區塊: 其他錯誤 %d\n", setjmp(exception_env)); // 注意：這裡需儲存返回值
    }
    return 0;
}

關鍵限制與陷阱

限制	說明	後果
setjmp 所在函數已返回	棧幀已銷毀，`jmp_buf` 失效	長跳轉到無效棧 → 崩潰
變數修改未 volatile	編譯器最佳化假設變數不變	longjmp 後變數值舊
C++ 物件解構函數	longjmp 不呼叫 destructor	資源洩漏、不變量破壞
訊號處理函數中使用	需 `sigsetjmp/siglongjmp`	訊號遮罩未正確恢復

正確使用模式：錯誤碼傳遞

#define TRY do { jmp_buf _env; int _err = setjmp(_env); if (!_err) {
#define CATCH(err) } else { err = _err;
#define END_TRY } } while(0)

void foo() {
    int err;
    TRY {
        bar();          // 內部 longjmp(_env, ERR_CODE)
        baz();
    } CATCH(err) {
        fprintf(stderr, "錯誤 %d\n", err);
        // 清理資源
    } END_TRY;
}