是否可以用 C 编写零成本的异常处理？

Question

g++编译器具有零成本异常处理的特性。据我了解，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();
    }
}

在伪代码（c-stylish）中看起来像这样：

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

bar() 抛出。异常例程执行以下操作：

啊，返回地址在函数 foo() 中！并且返回地址在第一个 try-catch 块中，我们抛出类型 Type，所以异常处理程序的地址是 foo+catch1_Type。所以清理堆栈，这样我们就可以结束了！

现在我的问题是：有没有办法在 C 中实现它？ （可以是 C99 或更新版本，虽然我对 gcc 支持的 C 方言感兴趣）。我知道我可以使用例如 libunwind 进行堆栈检查和遍历，尽管我不知道如何获取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，这同样可以，但是如何在另一个函数中获取堆栈帧foo 的局部变量的地址？这似乎也是不可能的。

那么……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了也是可以接受的（尽管局部变量 - 伙计，如果使用不同的优化级别，你永远不知道它们在哪里）。

要明确一点 - 这个问题的目的是避免 setjmp/longjmp 方法。

编辑：我发现了一个很酷的想法，但并不完全奏效：

gcc 中的嵌套函数。他们能做什么？

• 可以访问局部变量，
• 可以在父函数中转到本地标签！
• 可以被我们函数的被调用者调用，前提是我们传递一个指向嵌套函数的指针，因此它可以通过被调用者中的指针获得。

阻碍我做任何零成本的事情的缺点：

• 如果它们未被使用，即使在 -O0 级别也会被优化。我能对此做些什么吗？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，它只会完成实现异常的工作，而这些异常在不抛出时不会花费任何成本......

Answer 1

我已经找到了一些时间来尝试这个想法，并且我非常接近为我自己的问题找到解决方案。详情如下：

• gcc 允许嵌套函数，它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！
• gcc 将不会发出内部函数的代码，如果它只被定义但没有被引用。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，并且成本为零（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..
• 不好的是，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，如果程序使用这样的嵌套函数，valgrind 会崩溃；）我能够验证我的简单测试程序，但无法使用 valgrind 来验证没有内存违规。

我用来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。要是我们能做这个编译时间就好了！

好吧，毕竟如果想要正确使用内部函数，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，快得多，快得多比 setjmp/longjmp...

我会继续破解，也许我会找到一种方法（一些汇编代码块来强制 GAS 将该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;
}