Alors qu'il écrivait cet article purement technique, Habr a réussi à se transformer en bureau local de l'OMS et maintenant j'ai même honte de le publier ... mais l'espoir se réchauffe dans l'âme que les informaticiens n'aient pas encore fui et elle trouvera son lecteur. Ou pas?
J'ai toujours été admiré par la bibliothèque C standard, et C lui-même - avec tout son minimalisme, il souffle encore l'esprit de ceux qui sont les premiers aux yeux rouges les pirates . Le projet de la première norme officielle (ANSI C, alias C89, alias ANS X3.159-1989, plus tard, C90 et IEC 9899: 1990) définit 145 fonctions et macros, dont environ 25 sont des variations (en raison du manque de en langage de surcharge), et 26 sont purement mathématiques. K&R dans la deuxième édition ² cite 114 fonctions (plus mathématiques), considérant le reste comme exotique. Dans le projet³ C11, il y a déjà 348 fonctions, mais plus d'une centaine sont des mathématiques et 90 autres sont des «surcharges». Voyons maintenant Boost, où il n'y a que 160 bibliothèques . Coire moi ...
Et parmi ces cent cinquante fonctions, il y en avait toujours: traitement du signal, fonctions variationnelles (qui ont atteint PHP interprété 25 ans plus tard, et dans Delphi, qui était en plein essor à un moment donné, elles manquent toujours) et environ 50 fonctions de chaîne comme printf () ( mmm ... JavaScript), strftime () (...) et scanf () (une alternative bon marché aux habitués).
Et il y avait toujours setjmp () / longjmp () , qui vous permettent d'implémenter le mécanisme d'exception qui est familier dans d'autres langages, sans sortir du cadre du C. portable. Voici parler d'eux - le Quake World , les piles, les registres, les assembleurs et autres matériels , et la cerise est une statistique curieuse ( spoiler : Visual Studio n'est pas constant, comme un lièvre de mars, et jette la saneex.c moitié du temps).
Texte masqué¹ .
² , . 270 , 80 — . , . K&R — , .
³ , ANSI ISO , . .
⁴ , «» TinyURL, URL , і . , -. urlex.org.
Table des matières:
, — setjmp()/longjmp(), setjmp.h, «SJLJ» ( , ). C89 , -, , ( — , — ).
, , , zzeng. , , , ¹, , ,
¹ CException — 60 , , , ANSI C, finally , .
, — , , , , , « ». (, , - «» , errno . — , .)
, :
- , - , ( , — ,
if (error) return -1;) - - — , ,
. , .
setjmp()/longjmp()
, longjmp() — goto, setjmp() —
, , , , setjmp.h ^W ? , setjmp() , (, , ). ,
, , setjmp() — fork() POSIX . , *nix’ API WinAPI, — , . — « , ?»… .
, , — , () . — ( Intel’ — ), — ( Intel’ — -, ). :
void sub(int s) {
char buf[256];
sub(2);
}
int main(int m) {
sub(1);
}
— tcc (Tiny C Compiler) - . . tcc . sub() ( Intel, ):
sub esp, 100h ;
mov eax, 2 ;
push eax
call sub_401000 ; sub()
add esp, 4 ; (= cdecl)
:
— ( Intel… , ). ESP (RSP x86_64). setjmp() ESP/RSP, , jmp_buf, . longjmp() ( ) — , , setjmp(), (). , «undo» (, ).
setjmp() jmp FEF8h (FDF0h .. — ) , :
void sub(int s) {
char buf[256];
jmp_buf jmp;
setjmp(jmp);
sub(2);
}
, , ™:
- — , , ! — , , , setjmp() , longjmp() , setjmp()
, -, clobbering
. :
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <setjmp.h>
int main(void) {
int i;
jmp_buf jmp;
i = rand();
if (setjmp(jmp) == 0) {
i = rand();
printf("%d\n", i);
longjmp(jmp, 1);
} else {
printf("%d\n", i);
}
}
: ?
: . -!
, gcc. -O0, , :
; int main(void) {
push ebp ; ( stack frame)
mov ebp, esp ; EBP ESP ( )
sub esp, E0h
...
call _rand ; EAX
mov [ebp-D4h], eax ; i = rand(); i (EBP-D4h)
...
; if (... == 0) { ; setjmp()
call _rand
mov [ebp-D4h], eax ; i = rand();
; printf("%d\n", i);
mov eax, [ebp-D4h] ; i
mov esi, eax
lea edi, format ; "%d\n"
mov eax, 0
call _printf
...
; } else { ; setjmp()
mov eax, [ebp-D4h] ; i,
mov esi, eax
lea edi, format ; "%d\n"
mov eax, 0
call _printf
, i ( EBP - D4h). , :
- 256 char int jmp_buf, 4 200 , 20 - , 224 (E0h) 100h,
- ESP setjmp()
FFF8h - E0h = FF18h ( FEF8h), jmp
- i, i (
FF18h) - longjmp()
FF18h, , i , - , (jmp), main() ( )
-O1, :
; stack frame , ESP
sub esp, E8h
...
call _rand
mov [esp+E8h-DCh], eax ; i = rand(); , -O0
...
; -O1 - , else ,
; if (setjmp() == 0) ( - ),
; ;
; if (... == 0) {
call _rand
mov esi, eax ; ! i
; printf("%d\n", i);
lea edi, format ; "%d\n"
mov eax, 0
call _printf
...
; } else {
mov esi, [esp+E8h-DCh] ; ! i
lea edi, format ; "%d\n"
mov eax, 0
call _printf
, -O1 gcc :
test.c:6:11: warning: variable ‘i’ might be clobbered by ‘longjmp’ or ‘vfork’ [-Wclobbered]
? i , ( if) gcc, i printf(), ESI, ( ESI printf(), . ABI, . 22 — RDI (format), RSI (i), …). - :
ESP + E8h - DCh rand()- ESI
- printf() ( ) ()
- longjmp() , ,
- printf() ( else) , , ,
- ESI, (, printf() longjmp())
, :
stack[i] = rand(); // i = rand(); (1)
if (setjmp(jmp) == 0) {
ESI = rand(); // i = rand(); (2)
printf("%d\n", ESI); // (2)
longjmp(jmp, 1); //
} else {
printf("%d\n", stack[i]); // (1)
// :
printf("%d\n", ESI); // , -
// "" ( printf() longjmp())
}
, , gcc rand() ESI ( -O3). SO , x86_64 ( ) , EAX. ? , gcc printf() else longjmp(), rand() printf() — , i .
— .
volatile
« » — volatile ( — «»). , , , :
volatile int i;
-O1 if:
; :
call _rand
mov esi, eax
; :
call _rand
mov [rsp+E8h-DCh], eax
mov esi, [rsp+E8h-DCh]
; :
call _rand
mov esi, eax
mov [rsp+E8h-DCh], eax
, ():
if (setjmp(jmp) == 0) {
ESI = stack[i] = rand();
IRL
, — -volatile , SJLJ . — , SJLJ
, , — , « », , , - (). , DrMefistO.
Quake World WinMain(), jmp_buf, , « continue»:
// WinQuake/host.c
jmp_buf host_abortserver;
void Host_EndGame (char *message, ...)
{
...
if (cls.demonum != -1)
CL_NextDemo ();
else
CL_Disconnect ();
longjmp (host_abortserver, 1);
}
void Host_Error (char *error, ...)
{
...
if (cls.state == ca_dedicated)
Sys_Error ("Host_Error: %s\n",string); // dedicated servers exit
CL_Disconnect ();
cls.demonum = -1;
inerror = false;
longjmp (host_abortserver, 1);
}
void _Host_Frame (float time)
{
static double time1 = 0;
static double time2 = 0;
static double time3 = 0;
int pass1, pass2, pass3;
if (setjmp (host_abortserver) )
return; // something bad happened, or the server disconnected
...
}
// QW/client/sys_win.c
int WINAPI WinMain (...)
{
...
while (1)
{
...
newtime = Sys_DoubleTime ();
time = newtime - oldtime;
Host_Frame (time);
oldtime = newtime;
}
/* return success of application */
return TRUE;
}
, — . , setjmp() glibc , . :
- , , SJLJ/
saneex.c - -…- (
, ) , - — , - , — zero-cost exceptions (, , zero-cost try), try, () — goto , , , «» , -,
«» zero-cost exceptions , volatile-, , ( longjmp()). , :
, saneex.c zero-cost ( — ), setjmp(), ? , ? — .
« », main() 100 try/catch throw().
C:
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include "saneex.h"
int main(void) {
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
try {
// ("" = ):
throw(msgex("A quick fox jumped over a red dog and a nyancat was spawned"));
// ("" = ):
time(NULL);
} catchall {
fprintf(stderr, "%s\n", curex().message);
} endtry
}
}
++ ( , cerr << fprintf()):
#include <iostream>
#include <vector>
#include <stdexcept>
#include <time.h>
int main() {
std::vector<int> vec{ 3, 4, 3, 1 };
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
try {
// ("" = ):
int i{ vec.at(4) };
// ("" = ):
time(NULL);
}
catch (std::out_of_range & e) {
// << fprintf() 25-50%
//std::cerr << "Accessing a non-existent element: " << e.what() << '\n';
fprintf(stderr, "%s\n", e.what());
}
catch (std::exception & e) {
//std::cerr << "Exception thrown: " << e.what() << '\n';
fprintf(stderr, "%s\n", e.what());
}
catch (...) {
//std::cerr << "Some fatal error\n";
fprintf(stderr, "Some fatal error");
}
}
return 0;
}
( 64-):
- Windows 10 2019 LTSC PowerShell
Measure-Command { test.exe 2>$null } - Live CD Ubuntu time
Windows __try/__except, :
#include <windows.h>
#include <stdio.h>
#include <vector>
int filterExpression(EXCEPTION_POINTERS* ep) {
ep->ContextRecord->Eip += 8;
return EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER;
}
int main() {
static int zero;
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
__try {
zero = 1 / zero;
__asm {
nop
nop
nop
nop
nop
nop
nop
}
printf("Past the exception.\n");
}
__except (filterExpression(GetExceptionInformation())) {
printf("Handler called.\n");
}
}
}
— , :
error C2712: Cannot use __try in functions that require object unwinding
, , . 1100-1300 (Debug Release, x86) — , VS, , g++.
№ ()¹ saneex
1. VS 2019 v16.0.0 Debug x64 saneex.c 9713 / 8728 = 1.1 1.8 / 1.8
2. VS 2019 v16.0.0 Debug x64 saneex.c 95 / 46 = 2 4.5 / 2.3
3. VS 2019 v16.0.0 Debug x64 C++ 5449 / 4750² = 1.6
4. VS 2019 v16.0.0 Debug x64 C++ 21 / 20 = 1
5. VS 2019 v16.0.0 Release x64 saneex.c 8542³ / 182 = 47 1.8 / 0.4
6. VS 2019 v16.0.0 Release x64 saneex.c 80³ / 23 = 3.5 8 / 1.8
7. VS 2019 v16.0.0 Release x64 C++ 4669³ / 420 = 11
8. VS 2019 v16.0.0 Release x64 C++ 10³ / 13 = 0.8
9. gcc 9.2.1 -O0 x64 saneex.c 71 / 351 = 0.2 0.2 / 0.6
10. gcc 9.2.1 -O0 x64 saneex.c 6 / 39 = 0.2 1.5 / 1.1
11. g++ 9.2.1 -O0 x64 C++ 378 / 630 = 0.6
12. g++ 9.2.1 -O0 x64 C++ 4 / 37 = 0.1
13. gcc 9.2.1 -O3 x64 saneex.c 66 / 360 = 0.2 0.2 / 0.6
14. gcc 9.2.1 -O3 x64 saneex.c 5 / 23 = 0.2 1 / 0.6
15. g++ 9.2.1 -O3 x64 C++ 356 / 605 = 0.6
16. g++ 9.2.1 -O3 x64 C++ 5 / 38 = 0.1
¹ Windows 7 SP1 x64 VS 2017 v15.9.17 gcc cygwin.
² : fprintf() cerr <<, 3 : 1386/1527 .
³ VS , .
… :
- / «» VS. — .
cerr << fprintf() VS 3-4 ( 3). ?- try throw — (4-28 100 ).
- «» Debug VS,
saneex.c , ( 2.3 VS, 5 gcc/g++), try throw — , . !
… . !
use-case — try throw (« , »), setjmp(), , , , . , , setjmp() OpenBSD (1.45) — Solaris. 2005 . «» — , .
, …
— saneex.c
, :
- Visual Studio
- , throw() , finally catch ( )
- ( static)
- - (__thread/_Thread_local)
- public domain (CC0)
GitHub. , . saneex-demo.c :
01. #include <stdio.h>
02. #include "saneex.h"
03.
04. int main(void) {
05. sxTag = "SaneC's Exceptions Demo";
06.
07. try {
08. printf("Enter a message to fail with: [] [1] [2] [!] ");
09.
10. char msg[50];
11. thrif(!fgets(msg, sizeof(msg), stdin), "fgets() error");
12.
13. int i = strlen(msg) - 1;
14. while (i >= 0 && msg[i] <= ' ') { msg[i--] = 0; }
15.
16. if (msg[0]) {
17. errno = atoi(msg);
18. struct SxTraceEntry e = newex();
19. e = sxprintf(e, "Your message: %s", msg);
20. e.uncatchable = msg[0] == '!';
21. throw(e);
22. }
23.
24. puts("End of try body");
25.
26. } catch (1) {
27. puts("Caught in catch (1)");
28. sxPrintTrace();
29.
30. } catch (2) {
31. puts("Caught in catch (2)");
32. errno = 123;
33. rethrow(msgex("calling rethrow() with code 123"));
34.
35. } catchall {
36. printf("Caught in catchall, message is: %s\n", curex().message);
37.
38. } finally {
39. puts("Now in finally");
40.
41. } endtry
42.
43. puts("End of main()");
44. }
, :
End of try body
Now in finally
End of main()
- , , (1),
catch (1) (26.), :
Caught in catch (1)
Your message: 1 hello, habr!
...at saneex-demo.c:18, code 1
Now in finally
End of main()
Caught in catch (2)
Now in finally
Uncaught exception (code 123) - terminating. Tag: SaneC's Exceptions Demo
Your message: 2 TM! kak tam blok4ain?
...at saneex-demo.c:18, code 2
calling rethrow() with code 123
...at saneex-demo.c:33, code 123
rethrown by ENDTRY
...at saneex-demo.c:41, code 123
!, «» (uncatchable; 20.) — try , ( catch, finally), — abort():
Caught in catch (1)
Your message: ! it is a good day to die
...UNCATCHABLE at saneex-demo.c:18, code 0
Now in finally
Uncaught exception (code 0) - terminating. Tag: SaneC's Exceptions Demo
Your message: ! it is a good day to die
...UNCATCHABLE at saneex-demo.c:18, code 0
UNCATCHABLE rethrown by ENDTRY
...at saneex-demo.c:41, code 0
Caught in catchall, message is: Your message: 3 we need more gold
Now in finally
End of main()
«»
. , ( MSVC¹), C11 (TLS):
#define SX_THREAD_LOCAL _Thread_local
¹ Microsoft - open source,
sxTag (05.) — , stderr. — (__DATE__ __TIME__).
SxTraceEntry ( stack trace). — (struct SxTraceEntry) {...}:
newex() — ; __FILE__, __LINE__ = errno ( , fgets(); 11.)
- 1 1 ( setjmp() 0 ),
catch (0)
msgex(m) — newex(), ( )exex(m, e) — msgex(), ; free() :
try {
TimeoutException *e = malloc(sizeof(*e));
e->elapsed = timeElapsed;
e->limit = MAX_TIMEOUT;
errno = 146;
throw(exex("Connection timed out", e));
} catch (146) {
printf("%s after %d\n", curex().message,
// void *SxTraceEntry.extra:
((TimeoutException *) curex().extra)->elapsed);
} endtry
, , designated initializers C99 ( Visual Studio 2013+):
throw( (struct SxTraceEntry) {.message = "kaboom!"} );
:
throw(e) — SxTraceEntryrethrow(e) — throw(), stack trace; catch/catchallthrif(x, m) — ; if (x) SxTraceEntry x + m «»thri(x) — thrif(), m
«» — fgets() (11.), . fgets() ( EOF: ./a.out </dev/null), . :
thri(read(0xBaaD, buf, nbyte));
// errno = 9, "Bad file descriptor"
// Assertion error: read(0xBaaD, buf, nbyte);
… « »
( !):
- endtry — ( try)
- return try endtry — , ; PR
«», volatile. «» — (. longjmp()), , try, catch/catchall/finally endtry, volatile. . :
int foo = 1;
try {
foo = 2;
// foo
} catchall {
// !
} finally {
// !
} endtry
// !
volatile :
volatile int foo = 1;
try {
...
:
- () :
struct SxTryContext — try, — , jmp_buf ; , :
try {
try {
//
} endtry
} endtry
struct SxTraceEntry — stack trace, , ; , try:
try { // SxTryContext
try { // SxTryContext
// SxTraceEntry
throw(msgex(" !"));
// SxTraceEntry
} catchall {
// SxTraceEntry
rethrow(msgex(" !"));
// SxTraceEntry (*)
} endtry
} endtry
rethrow() throw(), SxTraceEntry (*) , — (stack trace ). , sxAddTraceEntry(e).
essayez et d'autres éléments structurels sont des macros (- votre K.O. ). Les supports { }après eux sont facultatifs. Au final, tout se résume au pseudo-code suivant:
try { int _sxLastJumpCode = setjmp(add_context()¹);
bool handled = false;
if (_sxLastJumpCode == 0) {
throw(msgex("Mama mia!")); clearTrace();
sxAddTraceEntry(msgex(...));
if (count_contexts() == 0) {
fprintf(stderr, "Shurik, vs propalo!");
sxPrintTrace();
exit(curex().code);
} else {
longjmp(top_context());
}
} catch (9000) { } else if (_sxLastJumpCode == 9000) {
handled = true;
} catchall { } else {
handled = true;
} finally { }
// finally { }
} endtry remove_context();
if (!handled) {
// throw()
}
¹ Les noms avec _ ne sont pas utilisés dans la bibliothèque, ce sont des abstractions.
Je pense qu'après des explications détaillées sur le fonctionnement de SJLJ, il n'est pas nécessaire de commenter autre chose ici, alors permettez-moi de prendre congé et de vous donner déjà la parole.