是否可以在C中编写零成本异常处理？

Question

g ++编译器具有零成本异常处理功能.据我所知,try什么都不做,但是当抛出异常时,会执行异常处理程序的子例程.像这样:

void foo() {
    try {
        bar(); // throws.
    } catch (Type exc) {
        baz();
    }
}

伪代码(c-stylish)看起来像这样:

void foo() {
    bar();
    return;
catch1_Type:
    baz();
}

bar()抛出.例程例程执行以下操作:

啊,返回地址是函数foo()!并且返回地址在第一个try-catch块中,我们抛出类型Type,因此异常处理程序例程位于地址foo + catch1_Type.所以清理堆栈让我们最终到达那里!

现在我的问题是:有没有办法在C中实现它？(可以是C99或更新,虽然我对gcc支持的C语言感兴趣).我知道我可以使用例如libunwind进行堆栈检查和遍历,虽然我不知道如何获取catch1_Type标签的地址.这可能是不可能的.

异常处理程序可能是一个不同的函数,同样可以,但是如何foo在另一个函数中获取stackframe的局部变量的地址？这似乎也是不可能的.

所以...有什么办法吗？我不想用这个进入汇编程序,但如果其他一切都失败也是可以接受的(尽管局部变量 - 伙计,如果使用不同的优化级别,你永远不会知道它们在哪里).

并且要明确 - 这个问题的目的是避免使用 setjmp/longjmp方法.

编辑:我发现了一个非常酷的想法,但完全不起作用:

gcc中的嵌套函数.他们能做什么？

• 有权访问局部变量,
• 有可能在父函数中转到本地标签!
• 只要我们传递指向嵌套函数的指针,我们函数的被调用者就可以调用它,因此它可以被被调用者中的指针使用.

下行阻止我做任何零成本的事情:

• 如果它们未使用,它们甚至会在-O0级别进行优化.我可以对此做些什么吗？如果可以的话,我可以在抛出异常时通过符号名称获取地址,并且它只是执行实现异常的工作,这些异常在不抛出时会花费成本...

Answer 1

我花了一些时间来思考这个想法，并且我非常接近找到我自己问题的解决方案。详细信息如下：

• gcc 允许嵌套函数，嵌套函数可以访问父函数的局部变量，并且可以转到父函数中的标签！
• 如果仅定义但未引用内部函数，则 gcc 将不会发出内部函数的代码。您可以定义内联无操作函数，该函数获取指向本地函数的指针，并在父函数中调用它。这将强制为内部函数生成代码，并且它将是零成本的（在更高的优化级别，内联无操作调用将被删除）。不过，在最近的 gcc 中，优化内联调用可能会阻止生成内部函数的代码。
• 糟糕的是，我认为没有办法强制嵌套（内部）函数成为全局符号。它们始终是本地的，因此无法使用 dlsym 获取地址。
• 另一个坏消息是，如果程序使用此类嵌套函数，valgrind 就会崩溃；）我能够验证我的简单测试程序，但无法使用 valgrind 来验证是否存在内存违规。

我用于检查的代码有明显的缺陷：它不是“零成本”，因为必须在函数执行期间设置指向异常处理例程的全局指针。如果我们能让这个编译时就好了！

好吧，毕竟如果有人想正确使用内部函数，比如将指向它的指针传递给被调用者，这样他们就可以在抛出异常的情况下调用它，我们可能会有非常快的异常处理，比 setjmp/ 快得多龙跃...

我会继续黑客攻击，也许我会找到一种方法（一些汇编代码块来强制 GAS 将函数注册为父级的个性例程？）。

#include <stdio.h>
#include <dlfcn.h>
#include <stdlib.h>

typedef void (*catch_routine)(void*);

catch_routine g_r = NULL;

void tostr_internal(char* str, int a)
{
    int result = a + 'a';
    if (result < 'a' || result > 'z')
    {
        // handle exception
        if(g_r)
        {
            g_r(&a);
        }
        else
        {
            fprintf(stderr, "Exception not caught!");
            abort();
        }
    }
    else
    {
        str[0] = result;
        str[1] = '\0';
    }
}

char* tostring(int a)
{
    __label__ exhandler;
    char* string = (char*)malloc(2*sizeof(char));

    void personality(void* exid) {
        fprintf(stderr, "Number %d is not a character!\n", *(int*)(exid));
        free(string);
        goto exhandler;
    }
    g_r = personality;

    tostr_internal(string, a);
    return string;

exhandler:
    return NULL;
}

int main(int a, char** b)
{
    int i = 0;

    for(i = 0; i < 10000; i++)
    {
        int trythisbastard = i % 95;
        char* result = tostring(trythisbastard);
        if (result)
        {
            fprintf(stderr, "Number %d is %s\n", trythisbastard, result);
            free(result);
        }
    }

    return 0;
}