<setjmp.h> Ne İşe Yarar

Son bir hafta, veya biraz daha uzun bir süre boyunca, akademik bir merak neticesinde deflate formatında sıkıştırma/açma yapan bir programın nasıl yazılabileceğini araştıyordum. Zlib kütüphanesinin içinde, deflate formatını açmaya yarayan referans niteliğinde yazılmış, puff.c adında bir C programı var. Bu programı incelerken, içinde setjmp() ve longjmp() fonksiyonlarını gördüm. Kodlarda, bu fonksiyonların tanımının setjmp.h içerisinde yapıldığı yazıyordu. Zlib kaynak kodları içerisinde bu header dosyasını bir süre aradıktan sonra, setjmp.h'nin C standardı içinde olduğunu öğrendim. Şimdiye kadar C dilini iyi kullandığını vehmetmiş biri olarak, hiç duymadığım bir header dosyasıyla karşılaşmak beni heyecanlandırdı. Hemen internetten araştırmaya koyuldum.

setjmp.h header dosyası, 3 şey tanımlıyor; setjmp(), longjmp() ve jmp_buf. Bu üçü sayesinde, normal fonksiyon çağırma ve fonksiyondan değer döndürme mekanizmasının dışına çıkıp, programın başka bir yerine zıplayabiliyoruz. Bunu fonksiyon sınırlarını aşan goto gibi düşünebiliriz. Okuduğum kaynaklarda 2 çeşit kullanımı var. Birincisi, daha üst seviye dillerde bulunan özel durum (exception) yönetimini gerçekleştirme, ikincisi de coroutine oluşturmak. Bu yazı özel durumlar üzerine kurulu olacak ama, C dilinde coroutine yazma konusunda da çok heyecanlıyım, ilerleyen günlerde bu konuda da denemeler yapmak istiyorum.

Uygulamaya geçmeden önce, teorik bilgiyle başlamak istiyorum. setjmp makrosu, argüman olarak jmp_buf adında bir struct alıyor. İleride longjmp tarafından kullanılmak üzere, geçerli yürütme bağlamını (execution context) jmp_buf tipindeki değişkene kaydediyor. Geçerli yürütme bağlamından kasıt, setjmp makrosu çalıştırıldığı andaki genel amaçlı register'larla birlikte, Instruction Pointer, Stack Pointer, EFLAGS gibi register'ların değerleri. Bunun detayları haliyle işlemci mimarisine göre değişebilir. Bu makronun kullanıcısı olarak bizi ilgilendiren, bu makronun bir zıplama noktası kaydettiği. Bu makronun dönüş değeri, yürütme bağlamını kaydettiği anda 0, longjmp ile dönüldüğü anda ise, longjmp tarafından ayarlanan değere eşit oluyor. Bunu anlamak için, bir örneğe başvurmakta fayda var.

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

typedef struct{
    char *data;
    int size;
    jmp_buf env;
} String;


void smemset(String *s, int val, size_t size)
{
    if (size > s->size)
        longjmp(s->env, 1);

    memset(s->data, val, size);
}

int main(void)
{
    String s;
    s.data = malloc(5);
    s.size = 5;


    if (setjmp(s.env) == 1)
    {
        printf("String uzunlugu yeterli degil.");
        return 1;
    }

    int i = 0;
    while (++i)
    {
        printf("%d\n", i);
        smemset(&s, 0, i);
    }

    return 0;
}

Yukarıdaki örneği incelerseniz, setjmp kullanımı daha anlaşılır olur diye düşünüyorum. Dikkat etmeniz gereken en önemli kısım, setjmp makrosundan birden fazla kez dönüldüğü. İlk çağırıldığında, dönüş değeri 0 olacağı için, if blogu içerisine girilmeyecek, ve program while döngüsüne girecek. while döngüsü sonsuz bir döngü gibi görünse de, aslında öyle değil. smemset fonksiyonu, özel durumlarda (bunu exception gibi düşünebiliriz) longjmp fonksiyonunu kullandığı için, sanki setjmp fonksiyonundan yeni dönülüyormuş gibi, main fonksiyonu içindeki if koşuluna zıplayacak. Ancak bu sefer, setjmp'nin dönüş değeri longjmp tarafından 1 olarak ayarlandığı için, ifin koşulu sağlanacak ve main fonksiyonu hata mesajı yazdırıp dönecek. Gözünüzü kısıp, kafanızı biraz eğerek bakarsanız, tıpkı daha yüksek seviye dillerdeki throw/catch veya raise/catch benzeri bir program davranışı ile karşı karşıyayız.

1
2
3
4
5
6
String uzunlugu yeterli degil.

Yukarıdaki kadar küçük bir programda, setjmp ve longjmp kullanımını anlatmak mümkün olsa da, bu ikisinin faydasını göstermek pek muhtemel görünmüyor. Ancak, fonksiyon çağrı hiyerarşisinin derinliklerinde oluşan özel durumların, üst seviye bir fonksiyonda merkezi bir şekilde yönetilmesine imkan sağlaması açısından faydalı görünüyor. Ayrıca, embedded programlama için de, thread benzeri bir program akışı sağlamanın tek yolu bu olabilir. Bu yazıda söylemek istediklerim bu kadar, ama, setjmp ile coroutine oluşturma konusunda da ileride birşeyler yazmak istiyorum.