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C＋异常原理：以一个小程序为例

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C＋异常原理：以一个小程序为例

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阿里妹导读
作者在调查某个 bug 时涉及到 C++ 异常 ， 借此机会以本文把 C++ 异常机制梳理清楚供大家参考 。
最近我们在调查某个 bug 涉及到 C++ 异常 。平时较少用 C++ 异常 ， 借此机会把 C++ 异常机制梳理清楚 。互联网上现有的资料不多 ， 大多过于深奥 。因此写下这篇文档备忘 。
C++ 异常的实现机制有 SJLJ、Dwarf CFI、EHABI 。具体选择哪种实现和操作系统及体系结构相关 。它是 C++ ABI 的一部分 。这里我们仅关注 Dwarf CFI ， 它是 linux 在 x86_64 和 arm64 上的默认实现 。?
完整的 C++ 异常机制需要编译器生成的代码、C++ 运行时（libstdc++ 或 libc++）、unwind 库分工协作完成 。本文为了描述浅显易懂 ， 并不区分它们三者 。
测试程序
我们从下面的小程序出发 ， 分析 C++ 异常的实现原理 。这个程序演示了几个关键点：
1.f() 分配异常对象并抛出来；
2.向上回溯栈帧 ， 沿途析构 g() 栈上的对象；
3.mAIn() 匹配到 catch 语句 ， 处理异常 。?
抛出异常
为了方便描述 ， 我们下面以 C 语法描述编译器为异常生成的代码 。（小技巧：在 CompilerExplorer 网站能看到各种编译器生成的汇编代码 。）?
让我们先看抛异常的 f() 函数 。它抛出了类型为 E 的异常 ， 除此以外没有其它功能 。
这些 __cxa 开头的函数是由 C++ 运行时库提供的 。
__cxa_allocate_exception() 从堆上分配异常对象和其它内部数据结构 。
__cxa_throw() 会向上回溯栈帧 ， 依次回溯到 g() 和 main() 。
传播异常
我们再来看 g() 。g() 没有 catch 语句 ， 异常会继续向上传播 。但是在此之前还有一个栈上对象 a ， 因此回溯栈桢时需要在此停留 ， 以析构 a 对象 。
这里引出一个概念：着陆场（landing pad） 。下面代码中第 9~10 行是 f() 正常返回的执行路径 。若 f() 抛异常 ， 则会跳转到第 15 行 。这里称为着陆场 。这里第 15 行析构了a 对象 ， 第 16 行继续向上回溯到 main() 。
捕获异常
最后来看 main() 。main() 中有 catch 语句 ， 第二个 catch 语句匹捕获到 E 类型的异常 。
其它细节
前面埋了个包袱：__cxa_throw() 是回溯栈帧和找到着陆场呢？已知 PC 指针位置 ， 这些信息编译时确定的 。编译时产生 .eh_frame 和 .gcc_except_table 段 ， 运行时借助这两张表可以找到上层栈帧和着陆场的位置 。详细的描述过于复杂 ， 请参考本文末尾的链接 。
【C＋异常原理：以一个小程序为例】找到着陆场后 ， 在运行时依次根据捕获的异常类型来匹配 catch 语句 ， 这里用到了 C++ RTTI 信息 。若匹配不到合适的 catch 语句 ， 则继续向上回溯栈帧传播异常 。
参考资料：
1、?Itanium C++ ABI: Exception Handling?：https://itanium-cxx-abi.Github.io/cxx-abi/abi-eh.html
2、?Exception Handling ABI for the Arm Architecture?：https://github.com/ARM-software/abi-aa/blob/844a79fd4c77252a11342709e3b27b2c9f590cf1/ehabi32/ehabi32.rst
3、?libunwind LLVM Unwinder?：https://github.com/llvm/llvm-project/blob/main/libunwind/docs/index.rst
4、?Linux 栈回溯（x86_64）?：https://zhuanlan.zhihu.com/p/302726082
5、?.eh_frame?：https://www.airs.com/blog/archives/460
6、?.gcc_except_table?：https://www.airs.com/blog/archives/464




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