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【C言語】setjmp/longjmp関数の使い方

悩んでいる人

C言語でsetjmp/longjmp関数の使い方を教えて!

こういった悩みにお答えします.

本記事の信頼性

  • リアルタイムシステムの研究歴12年.
  • 東大教員の時に,英語でOSの授業.
  • 2012年9月~2013年8月にアメリカのノースカロライナ大学チャペルヒル校コンピュータサイエンス学部2021年の世界大学学術ランキングで20位)で客員研究員として勤務.C言語でリアルタイムLinuxの研究開発
  • プログラミング歴15年以上,習得している言語: C/C++Solidity/Vyper,Java,Python,Ruby,HTML/CSS/JS/PHP,MATLAB,Assembler (x64,ARM).
  • 東大教員の時に,C++言語で開発した「LLVMコンパイラの拡張」,C言語で開発した独自のリアルタイムOS「Mcube Kernel」GitHubにオープンソースとして公開

こういった私から学べます.

setjmp/longjmp関数

setjmp/longjmp関数は,他の関数(グローバル)にジャンプ(移動)するgoto文を実行する方法です.

goto文は,同じ関数内(ローカル)でしか利用できませんが,setjmp/longjmp関数は他の関数にジャンプできます.

setjmp/longjmp関数は,goto文と同様に同じ関数内のジャンプにも利用できます.

goto文は一般的には禁じ手ですが,有用な3つの例外を知りたいあなたはこちらからどうぞ.

C言語 goto文
【C言語】goto文が有用な3つの例外

こういった悩みにお答えします. こういった私から学べます. 目次1 goto文2 C言語でgoto文が有用な3つの例外2.1 資源の獲得・解放を1:1対応にする場合2.2 多重構文から脱出する場合2. ...

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setjmp関数にはsigsetjmp関数,longjmp関数にはsiglongjmp関数という派生関数がありますので,それぞれ解説していきます.

setjmp/longjmp関数,sigsetjmp/siglongjmp関数

setjmp関数は,longjmp関数により利用されるenvにスタック情報を保存します.

setjmp関数を呼び出した関数が返る時に,そのスタックコンテキストは無効になります.

sigsetjmp関数はsetjmp関数と似ていて,savesigsが0以外の場合,このプロセスの現在のシグナルマスクもenvに保存され,このシグナルは後でsiglongjmp関数がenvで実行された際に復帰されます.

返り値は,直接返す場合はsetjmp/sigsetjmp関数は0を返し,保存したコンテキストを使ってlongjmp/siglongjmp関数から返る時は第2引数valで設定した値(直接返す場合と区別するために0以外を設定すべき)を返します.

volatile修飾子がない自動変数が,setjmp関数の呼び出しと,longjmp関数の呼び出しとの間で変更された場合,復帰後の値は不定になることに注意して下さい.

この理由は,自動変数がスタック(メモリ)ではなくレジスタに保存される可能性があり,レジスタの内容はsetjmp関数で保存しないからです.

setjmp/longjmp関数の使い方

setjmp/longjmp関数の使い方は以下になります.

実行結果は以下になります.

setjmp/longjmp関数の動作は複雑なので,printf関数で手順がわかるように表示しています.

変数の初期値は,a = 10,b = 20,c = 30,d = 40,e = 50ですが,全て正常にインクリメントされて,a = 11,b = 21,c = 31,d = 41,e = 51になっていることがわかります.

次に,コンパイラの最適化オプション(-O2)を付けてコンパイルして実行してみましょう.

実行結果は以下になります.

volatileが付いている自動変数a,静的変数d,グローバル変数eは正常にインクリメントされましたが,volatileが付いていない自動変数bとcは初期値のままになっていることがわかります.

このように自動変数にvolatileを付けない場合,コンパイラの最適化オプションにより正常に動作しない可能性があることに注意しましょう.

sigsetjmp/siglongjmp関数の使い方

sigsetjmp/siglongjmp関数の使い方は以下になります.

実行結果は以下になります.

実行すると3行目の「wait for Ctrl-C (^C).」が表示されます.

Ctrl-Cを入力するとSIGINTが発生し,4行目の「sigint_handler() is called.」,5行目の「return to main loop due to Ctrl-C (^C).」,6行目の「wait for Ctrl-C (^C).」が表示されます.

Ctrl-CをMAX_SIGINT_SIGNALS回(3回)入力すると実行が終了します.

sigsetjmp/siglongjmp関数の使い方のコードをsetjmp/longjmp関数で書き換えたコード

sigsetjmp/siglongjmp関数の使い方のコードをsetjmp/longjmp関数で書き換えたらどうなるのか気になりますよね.

実際に書き換えたコードは以下になります.

実行結果は以下になります.

実行すると3行目の「wait for Ctrl-C (^C).」が表示されます.

Ctrl-Cを入力するとSIGINTが発生し,4行目の「sigint_handler() is called.」,5行目の「return to main loop due to Ctrl-C (^C).」,6行目の「wait for Ctrl-C (^C).」が表示されます.

しかし,その後にCtrl-Cを入力してもSIGINTが発生しないことがわかります.

この理由は,setjmp/longjmp関数はシグナルマスクの保存や復帰に対応していないからです.

まとめ

C言語でsetjmp/longjmp関数の使い方を紹介しました.

また,sigsetjmp/siglongjmp関数の使い方とsetjmp/longjmp関数との違いについて解説しました.

setjmp/longjmp関数,sigsetjmp/siglongjmp関数は複雑ですが,正しく使いこなしましょう!

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