C语言跳转语句(break语句，continue语句，goto语句，return语句，跳转函数setjmp和longjmp)

一、前言

跳转语句（jump statement）可以中断当前程序的执行流程，并从另一个不同的点继续执行程序。如果程序跳转到变量的作用域范围之外，变量会被销毁。C 语言有四种语句会造成无条件跳转：break、continue、goto 和 return。

跳转语句的缺点是只能在函数内部之间跳转。

跳转函数setjmp和longjmp可以跨越函数跳转

二、跳转语句

1. break 语句

break 语句只能用于循环体内或 switch 语句内，并且会使得程序流跳转到该循环或该 switch 语句后面的第一条语句。break 语句的语法如下：

break;

因此，无论在循环体内什么位置，break 语句都可以造成循环的结束。例如，例 1 的 while 循环可以依据用户的请求而结束（输入非数字的字符串），也可能因为数字超出程序许可范围而结束。

【例1】break 语句

// 读取用户输入的分数，范围在0到100之间
// 将分数存储在数组中
// 返回值：所存储值的个数
//---------------------------------------------------------------
int getScores( short scores[ ], int len )
{
   int i = 0;
   puts( "Please enter scores between 0 and 100.\n"
         "Press <Q> and <Return> to quit.\n" );
   while ( i < len )
   {
      printf( "Score No. %2d: ", i+1 );
      if ( scanf( "%hd", &scores[i] ) != 1 )
         break;      // 未读到数据：结束循环
      if ( scores[i] < 0 || scores[i] > 100 )
      {
         printf( "%d: Value out of range.\n", scores[i] );
         break;      // 抛弃这个值，并结束循环
       }
       ++i;
   }
   return i;         // 已存储的数据个数
}

2. continue 语句

continue 语句只能在循环体内使用，并且会造成程序流跳过当前循环中尚未执行的代码部分。它的语法如下：

continue;

在 while 或 do…while 循环中，当遇到 continue 语句时，程序会跳转到循环的控制表达式，并进行下一次的循环条件计算。在 for 循环中，程序会跳转到循环头部的第三个表达式，并进行下一次的循环条件计算。

在例 1 中，一旦输入值超出许可范围，第二条 break 语句会立即中止数据输入循环。为了让用户还有机会输入正确的值，把第二条 break 语句用 continue 取代。那么这个程序就会跳转到 while 循环的下一次循环，忽略自增 i 的语句：

// 读取分数
// --------------------------
int getScores( short scores[ ], int len )
{
   /* ... （同例6-7） ... */
   while ( i < len )
   {
      /* ... （同例6-7） ... */
      if ( scores[i] < 0 || scores[i] > 100 )
      {
         printf( "%d : Value out of range.\n", scores[i] );
         continue;             // 抛弃这个值，并读取另一个值
      }
      ++i;                     // 已存储的数据个数加1
   }
   return i;           // 已存储的数据个数
}

3. goto 语句

goto 语句会造成无条件跳转，它跳转到同一个函数中的另一条语句。跳转的目的地使用标签名称来指定，语法如下：

goto 标签名称;

一个标签由标签名称及其后面的冒号组成：

标签名称: 语句

标签有自己的命名空间，也就是说，标签可以使用与变量或类型一样的名称，而不会发生冲突。标签可以被放在任何语句的前面，并且一条语句也可以有多个标签。

标签的目的是标识 goto 语句的目的地，对于语句本身，没有任何影响，被贴上标签的语句依然可以由上而下顺序地执行。下面的函数在 return 语句后面加上了标签，标记了一个错误处理程序的进入点：

// 在函数内部处理错误
// ----------------------------------
#include <stdbool.h>                            // 定义布尔值，true和false（C99）
#define MAX_ARR_LENGTH 1000
bool calculate( double arr[ ], int len, double* result )
{
   bool error = false;
   if ( len < 1 || len > MAX_ARR_LENGTH )
     goto error_exit;
   for ( int i = 0; i < len; ++i )
   {
     /* ... 一些计算操作，其可能造成错误标志error被设定...
      */
     if ( error )
        goto error_exit;
     /* ... 继续计算；结果被存储到变量 *result 中...
      */
   }
   return true;                               // 如果没有错误，程序会执行到此处
   error_exit:                        // 错误处理子程序
   *result = 0.0;
   return false;
}

如果跳转会跨越变量的声明与初始化语句，那么就不应该利用goto语句从语句块外跳转到语句块内。然而，如果跳转跨越了对可变长度数组的定义，而跳到了其作用域的内部，那么这种跳跃是非法的：

static const int maxSize = 1000;
double func( int n )
{
   double x = 0.0;
   if ( n > 0 && n < maxSize )
   {
      double arr[n];                      // 一个变长度数组
      again:
      /* ... */
      if ( x == 0.0 )
        goto again;                           // 合法：在arr的作用域内跳转
   }
   if ( x < 0.0 )
      goto again;                             // 非法: 从arr的作用域外跳转到作用域内
   return x;
}

如果使用太多 goto 语句，程序代码会变得可读性很差，因此，只有在非常有必要时才应该使用 goto 语句，比如从很深的嵌套循坏中跳离。实际上，在任何使用到 goto 语句的地方，都可以采用其他方式的语句进行改写。

goto 语句只允许进行局部跳转：也就是在当前所在函数的内部跳转。C 语言还提供了一个特性，允许进行非局部跳转，即可以跳转到程序的任何点，做法是利用标准宏 setjmp（）和标准函数 longjmp（）。

宏 setjmp（）在程序中设置一个地点，将程序流的必要处理信息存储起来，这样的话，当调用函数 longjmp（）时，就可以在任何时刻返回到该地点继续执行。

4. return 语句

return 语句会中止执行当前函数，跳转回到调用该函数的位置：

return [表达式];

这里的表达式会被计算，且结果会被传送给函数调用者，当作被调用函数的返回值。如有必要，返回值会被转换到被调用函数的返回值类型。

一个函数内可以有任意多个 return 语句：

// 返回两个整数类型参数中的较小值
int min( int a, int b )
{
   if ( a < b ) return a;
   else             return b;
}

该函数体内的 if else 语句可以用下面这一条语句来替代：

return ( a < b ? a : b );

括号不会影响 return 语句的执行行为。然而，复杂的 return 表达式常常被放在括号内，以提高代码的可阅读性。

不带任何表达式的 return 语句仅能在类型为 void 的函数中使用。事实上，这样的函数也根本不需要 return 语句。如果在函数内没有 return 语句，程序流会在函数块尾部结束，然后返回到调用该函数的地方。

三、跳转函数

C语言中有一个goto语句，其可以结合标号实现函数内部的任意跳转（通常情况下，很多人都建议不要使用goto语句，因为采用goto语句后，代码维护工作量加大）。另外，C语言标准中还提供一种非局部跳转“no-local goto"，其通过标准库<setjmp.h>中的两个标准函数setjmp和longjmp来实现。

1. C标准库<setjmp.h>

头文件<setjmp.h>中的说明提供了一种避免通常的函数调用和返回顺序的途径，特别的，它允许立即从一个多层嵌套的函数调用中返回。

1.1 etjmp

#include <setjmp.h>
int setjmp(jmp_buf env);

setjmp()宏把当前状态信息保存到env中，供以后longjmp()恢复状态信息时使用。如果是直接调用setjmp()，那么返回值为0；如果是由于调用longjmp()而调用setjmp()，那么返回值非0。setjmp()只能在某些特定情况下调用，如在if语句、 switch语句及循环语句的条件测试部分以及一些简单的关系表达式中。

1.2 longjmp

#include <setjmp.h>
void longjmp(jmp_buf env, int val);

longjmp()用于恢复由最近一次调用setjmp()时保存到env的状态信息。当它执行完时，程序就象setjmp()刚刚执行完并返回非0值val那样继续执行。包含setjmp()宏调用的函数一定不能已经终止。所有可访问的对象的值都与调用longjmp()时相同，唯一的例外是，那些调用setjmp()宏的函数中的非volatile自动变量如果在调用setjmp()后有了改变，那么就变成未定义的。

jmp_buf是setjmp.h中定义的一个结构类型，其用于保存系统状态信息。宏函数setjmp会将其所在的程序点的系统状态信息保存到某个jmp_buf的结构变量env中，而调用函数longjmp会将宏函数setjmp保存在变量env中的系统状态信息进行恢复，于是系统就会跳转到setjmp()宏调用所在的程序点继续进行。这样setjmp/longjmp就实现了非局部跳转的功能。

2. 一个简单的例子：

下面我们来看一个简单的例子。

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

jmp_buf jump_buffer;

void func(void)
{
         printf("Before calling longjmp\n");
         longjmp(jump_buffer, 1);
         printf("After calling longjmp\n");
}
void func1(void)
{
         printf("Before calling func\n");
         func();
         printf("After calling func\n");
}
int main()
{
         if (setjmp(jump_buffer) == 0){
                   printf("first calling set_jmp\n");
                   func1();
         }else {
                   printf("second calling set_jmp\n");
         }
         return 0;
}

代码的运行结果如下

lienhua34@lienhua34-laptop:~/program/test$ ./test
first calling set_jmp
Before calling func
Before calling longjmp
second calling set_jmp 

通过上面这个简单例子的运行结果可以看出。main函数运行的setjmp()宏调用，将当前程序点的系统状态信息保存到全局变量jump_buffer中，然后返回结果0。于是，代码打印出字符串"first calling set_jmp"，然后调用函数func1()。在函数func1中，先打印字符串"Before calling func"，然后去调用函数func()。现在程序控制流转到func函数中，函数func先打印字符串“Before calling longjmp"，然后调用函数longjmp。这时候关键点到了！！！longjmp函数将main函数中setjmp()宏调用设置在全局变量jump_buffer中的系统状态信息恢复到系统的相应寄存器中，导致程序的控制流跳转到了main函数中setjmp()宏调用所在的程序点，此时相当于第二次进行setjmp()宏调用，并且此时的setjmp()宏调用的返回不再是0，而是传递给函数调用longjmp()的第二个参数1。于是程序控制流转到main函数中if语句的else部分执行，打印字符串“second calling set_jmp“。最后，执行main函数中的语句“reture 0;”返回，程序运行结束退出。

从上面的运行过程，我们可以看出在longjmp()函数调用处的程序点嵌套在三层函数调用中：main, func1和func，但是longjmp()函数调用导致程序控制流跳过函数调用func和func1，直接回到main函数中setjmp()宏调用所在的程序点，然后执行main函数中后续的语句，从而忽略了函数func1和func中后续的语句部分。这就是非局部跳转。

3. 非局部跳转的实现机制

C语言的运行控制模型，是一个基于栈结构的指令执行序列，表现出来就是call/return: call调用一个函数，然后return从一个函数返回。在这种运行控制模型中，每个函数调用都会对应着一个栈帧，其中保存了这个函数的参数、返回值地址、局部变量以及控制信息等内容。当调用一个函数时，系统会创建一个对应的栈帧压入栈中，而从一个函数返回时，则系统会将该函数对应的栈帧从栈顶退出。正常的函数跳转就是这样从栈顶一个一个栈帧逐级地返回。

另外，系统内部有一些寄存器记录着当前系统的状态信息，其中包括当前栈顶位置、位于栈顶的栈帧位置以及其他一些系统信息（例如代码段，数据段等等）。这些寄存器指示了当前程序运行点的系统状态，可以称为程序点。在宏函数setjmp中就是将这些系统寄存器的内容保存到jmp_buf类型变量env中，然后在函数longjmp中将函数setjmp保存在变量env中的系统状态信息恢复，此时系统寄存器中指示的栈顶的栈帧就是调用宏函数setjmp时的栈顶的栈帧。于是，相当控制流跳过了中间的若干个函数调用对应的栈帧，到达setjmp所在那个函数的栈帧。这就是非局部跳转的实现机制，其不同于上面所说的call/return跳转机制。

正是因为这种实现机制，在上面的标准库说明中提到：“包含setjmp()宏调用的函数一定不能终止”。如果该函数终止的话，该函数对应的栈帧也已经从系统栈中退出，于是setjmp()宏调用保存在env中的内容在longjmp函数恢复时，就不再是setjmp()宏调用所在程序点。此时，调用函数longjmp()就会出现不可预测的错误。

4. 非局部跳转的运用

非局部跳转通常被用于实现将程序控制流转移到错误处理模块中；或者是通过这种非正常的函数返回机制，返回到之前调用的函数中。

最近，在我的毕业设计，我也采用了这种非局部跳转方式来实现错误处理机制。我的毕业设计是用C语言实现一个简单的scheme解析器，在该求值器对某个表达式的求值过程中可能遇到某个错误，导致这个表达式无效。此时，需要跳转到求值器的主循环开头，重新读取表达式，然后求值。于是，我的主循环框架就设计为：

while (1){
     if (setjmp(jump_buffer) == 0){
         /*读取表达式
            求值表达式
            打印表达式的值
        */
     }else {
         /* 进行错误处理，初始化求值环境 */
    }
}

其中，jump_buffer是一个jmp_buf类型的全局变量。循环开始时，if语句的条件判断中，setjmp保存程序点信息到全局变量jump_buffer中，此时setjmp()宏调用返回值为0，然后开始读取、求值表达式。当表达式求值遇到错误时，通过执行函数调用

longjmp(jump_buffer, 1);

就可以跳转到主循环的setjmp()宏调用所在程序点，而此时setjmp()宏调用的返回值为1，于是进入else部分进行错误处理，初始化求值环境。