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g++と例外キャッチボール

中村 孝史(wo)

お前は誰？

スーツ族？

クールビズです

woです

w_oは推奨されません

はてなID3文字という制限から

環境に優しい男

About

これは何？

g++の例外処理を解明します

g++の例外を扱います

注意事項

キャッチボールはできません

投げ返せません

投げ返してきません

目的

何故例外の仕組みを学ぶのか？

原理を知らないものを使うのはあんまりよくない

知ろうとする心が大事

コストがわからないと怖くて機能が使えない

てゆか例外て何？

例外処理は言語の機能によってなんとかできるものではないです！！

その話は内容とは全然関係無いんですが！！

そこらへんはまた気が向いたら書きます。

とゆーのは全部嘘です！！

気が向いたのでやりました

そもそもC++で例外って使わないし

目的

gcc で一番よく使うオプションは -S です！！

例外処理は何でできている？

unwind

超return

typeinfo

throwされたオブジェクトがcatchできるかどうか

例外処理は何でできている？

  1. 投げるオブジェクト生成
  2. unwindの実行
  3. catchできるかどうかの判定
  4. できるならcatch
  5. できないならさらにunwind

unwindは何

大域脱出

色々仕組み

投げたオブジェクト管理

ハンドラ検索

クリーンアップ

ここらへんは Itanium C++ ABI を

type_info

do_catch() メソッド

catchできるかどうかの判定

例外を捕まえるには

が自由に使えればよい

type_info を使う

無理矢理構造体

柔軟なtype_info

C++のを使う

手抜き

C++のtype_infoを使う

名前 mangling ルールを覚えてextern 

   extern char _ZTIPKc[];
   // TI = type info
   // PKc = pointer to const char

manglingはそんなに難しくないです

C++ mangling

慣れれば 

class Nanika { };
// _ZTIN6NanikaE

namespace ns { template <class T> class A {};  }
// ns::A<int> → _ZTIN2ns1AIiEE

template < unsigned int i > struct C { };
// C<0xffff> → _ZTIN1CILi65535EEE

このぐらいできるようになります

何の役にも立ちませんが

unwind を理解する

unwind-SjLj

setjmp longjmp を利用

unwind-dwarf2

DWARF2のスタック巻き戻しを利用

DWARF2とは？

デバッグ情報フォーマット

デバッグ情報？ 

int func2( int i ) { return i; }
int func1( int i ) { return func2( i ); }
int main() { func1 ( 3 ); }

(gdb) bt
#0  func2 (i=3) at debug.c:3
#1  0x08048368 in func1 (i=3) at debug.c:8
#2  0x08048388 in main () at debug.c:13

スタックフレーム情報が記録されてるはず

DWARF2のフレーム情報は何でできている？

いくつかのソースをコンパイルして試してみます 

void bar(){ throw 4; }
int foo() {
  try { bar(); }
  catch ( const char *msg ) { return 0x8888; }
  return 0;
}
int main() {}

これのコンパイル結果は？

DWARF2のフレーム情報は何でできている？ 

.LFE7:
	.size	main, .-main
	.section	.eh_frame,"a",@progbits
.Lframe1:
	.long	.LECIE1-.LSCIE1
.LSCIE1:
	.long	0x0
	.byte	0x1
	.string	"zPL"
	.uleb128 0x1
	.sleb128 -4
	.byte	0x8
	.uleb128 0x6
	.byte	0x0
	.long	__gxx_personality_v0
	.byte	0x0
	.byte	0xc
	.uleb128 0x4
	.uleb128 0x4
	.byte	0x88
	.uleb128 0x1
	.align 4
.LECIE1:
.LSFDE1:
	.long	.LEFDE1-.LASFDE1
.LASFDE1:
	.long	.LASFDE1-.Lframe1
	.long	.LFB3
	.long	.LFE3-.LFB3
	.uleb128 0x4
	.long	0x0
	.byte	0x4
	.long	.LCFI0-.LFB3
	.byte	0xe
	.uleb128 0x8
	.byte	0x85
	.uleb128 0x2
	.byte	0x4
	.long	.LCFI1-.LCFI0
	.byte	0xd
	.uleb128 0x5
	.align 4
.LEFDE1:
.LSFDE3:
	.long	.LEFDE3-.LASFDE3
.LASFDE3:
	.long	.LASFDE3-.Lframe1
	.long	.LFB5
	.long	.LFE5-.LFB5
	.uleb128 0x4
	.long	.LLSDA5
	.byte	0x4
	.long	.LCFI3-.LFB5
	.byte	0xe
	.uleb128 0x8
	.byte	0x85
	.uleb128 0x2
	.byte	0x4
	.long	.LCFI4-.LCFI3
	.byte	0xd
	.uleb128 0x5
	.align 4
.LEFDE3:

読めません

DWARF2のフレーム情報は何？

仕方が無いので説明します

実行アドレスからオフセットを計算するプログラム

プログラミング言語 DWARF2！！

プログラミング言語DWARF2

いくつかのレジスタ

オフセット

状態

CFA

Return Address

オフセット計算プログラム

プログラミング言語DWARF2

命令セット

DW_CFA_def_cfa

DW_CFA_offset

DW_CFA_advance_loc

DW_CFA_def_cfa_expression

プログラミング言語DWARF2

CIE ( Common Information Entry )

複数のプログラムで共有できる部分

アラインメント等

DWARF2レジスタとCPUレジスタの対応みたいなもの

FDE (Frame Description Entry)

実行場所に依存するので共有できない部分

フレームの大きさ

投げる

投げるのは簡単

g++ の投げる API を利用

__cxa_allocate_exception

__cxa_throw

※巻き戻しができるようにDWARF2テーブルをくっつけておく

投げる 

#include 
struct type_info;
extern char _ZTIPKc[];
void *__cxa_allocate_exception( size_t size );
void __cxa_throw( void *obj,
		  struct type_info *tinfo,
		  void (*dest) (void*) ) __attribute__ ((__noreturn__));
void throw_string( void ) {
  const char **ptr = (const char**)__cxa_allocate_exception( sizeof(char*) );
  *ptr = "nanika";
  __cxa_throw( ptr, (struct type_info*)_ZTIPKc, NULL );
}
void throw_string_end(void){}
__asm__ (
	 ".section .eh_frame, \"a\", @progbits\n"
	 ".cie:\n"
	 ".long .cie_end-.cie_begin\n"

	 ".cie_begin:\n"
	 ".long 0\n"
	 ".byte 1\n"
	 ".ascii \"\\0\"\n"
	 ".uleb128 1\n"
	 ".sleb128 -4\n"
	 ".byte 8\n"
	 ".uleb128 0\n"
	 ".byte	0xc	# DW_CFA_def_cfa\n"
	 ".uleb128 0x4\n"
	 ".uleb128 0x4\n"
	 ".byte	0x88	# DW_CFA_offset, column 0x8\n"
	 ".uleb128 0x1\n"

	 ".align 4\n"
	 ".cie_end:\n"
);
__asm__ (
	 ".fde:\n"
	 ".long .fde_end-.fde_begin\n"

	 ".fde_begin:\n"
	 ".long .fde_begin-.cie\n"
	 ".long throw_string\n"
	 ".long throw_string_end - throw_string\n"
	 ".uleb128 0x0	# Augmentation size\n"
	 ".byte	0xe	# DW_CFA_def_cfa_offset\n"
	 ".uleb128 0x8\n"
	 ".byte	0x85	# DW_CFA_offset, column 0x5\n"
	 ".uleb128 0x2\n"
	 ".byte	0xd	# DW_CFA_def_cfa_register\n"
	 ".uleb128 0x5\n"
	 ".align 4\n"
	 ".fde_end:\n");

読めまs(ry

投げる 

#include 
struct type_info;
extern char _ZTIPKc[];
void *__cxa_allocate_exception( size_t size );
void __cxa_throw( void *obj,
		  struct type_info *tinfo,
		  void (*dest) (void*) ) __attribute__ ((__noreturn__));
void throw_string( void ) {
  const char **ptr = (const char**)__cxa_allocate_exception( sizeof(char*) );
  *ptr = "nanika";
  __cxa_throw( ptr, (struct type_info*)_ZTIPKc, NULL );
}
void throw_string_end(void){}
__asm__ (
	 ".section .eh_frame, \"a\", @progbits\n"
	 ".cie:\n"
	 ".long .cie_end-.cie_begin\n"

	 ".cie_begin:\n"
	 ".long 0\n"
	 ".byte 1\n"
	 ".ascii \"\\0\"\n"
	 ".uleb128 1\n"
	 ".sleb128 -4\n"
	 ".byte 8\n"
	 ".uleb128 0\n"
	 ".byte	0xc	# DW_CFA_def_cfa\n"
	 ".uleb128 0x4\n"
	 ".uleb128 0x4\n"
	 ".byte	0x88	# DW_CFA_offset, column 0x8\n"
	 ".uleb128 0x1\n"

	 ".align 4\n"
	 ".cie_end:\n"
);
__asm__ (
	 ".fde:\n"
	 ".long .fde_end-.fde_begin\n"

	 ".fde_begin:\n"
	 ".long .fde_begin-.cie\n"
	 ".long throw_string\n"
	 ".long throw_string_end - throw_string\n"
	 ".uleb128 0x0	# Augmentation size\n"
	 ".byte	0xe	# DW_CFA_def_cfa_offset\n"
	 ".uleb128 0x8\n"
	 ".byte	0x85	# DW_CFA_offset, column 0x5\n"
	 ".uleb128 0x2\n"
	 ".byte	0xd	# DW_CFA_def_cfa_register\n"
	 ".uleb128 0x5\n"
	 ".align 4\n"
	 ".fde_end:\n");

捕まえる 

void are( ) {

  try {
                 ↑ catchする範囲
    nanika1();   ｜
    nanika2();   ｜
                 ↓
  } catch ( Type t  /*catchする型*/  ) { 
     /// ハンドラアドレス
    ...
  }
}

捕まえる

LSDA (Language Specific Data Area)

捕まえる範囲

捕まえる型

ハンドラのアドレス

LSDAのフォーマット 

	.section	.gcc_except_table
	.align 4
.func_lsda:
	.byte	0xff			# フォーマット
	.byte	0x0			# フォーマット
	.uleb128 .ttd_end - .ttd_start	# 大きさ
.ttd_start:
	.byte	0x1			# フォーマット
					# テーブル大きさ
	.uleb128 .call_site_end-.call_site_begin
.call_site_begin:
	.uleb128 .region_begin - func	# 捕まえる範囲はじめ
	.uleb128 .region_end-.region_begin	# 捕まえる範囲長さ
	.uleb128 .handler_begin - func	# ハンドラアドレス
	.uleb128 0x1			# 捕まえる型指定
.call_site_end:
	.byte	0x1			# 捕まえる型までのオフセット
	.byte	0x0
	.align 4
	.long	_ZTIPKc			# 捕まえる型
.ttd_end:

LSDA フォーマット

LSDAアドレスをFDEに埋めておく 

.fde_begin:
	.long .fde_begin-.cie
	.long func
	.long .func_end - func
	.uleb128 0x4	# Augmentation size
	.long	.func_lsda	# ここに
	.byte	0xe	# DW_CFA_def_cfa_offset
	.uleb128 0x8

	....

catch処理

Unwind開始

FDE発見

CIE発見

LSDA発見

アドレス範囲チェック

catchする型チェック

ハンドラ起動

Cで捕まえる 

#include <stdio.h>

extern void throw_func( void );
int a;

void func()
{
  asm(".region_begin:");
  throw_func();
  asm(".region_end:");

  puts("kokoniha konai");

  asm(".handler_begin:");
  puts("catch!!!!");
  asm(".handler_end:");
}
asm(".func_end:");


asm("\t\n"
    "\t.size	_Z5func3v, .-_Z5func3v\n"
    "\t.section	.gcc_except_table\n"
    "\t.align 4\n"
    ".func_lsda:\n"
    "\t.byte	0xff	# @LPStart format (omit)\n"
    "\t.byte	0x0	# @TType format (absolute)\n"
    "\t.uleb128 .ttd_end - .ttd_start	# @TType base offset\n"

    ".ttd_start:\n"
    "\t.byte	0x1	# call-site format (uleb128)\n"
    "\t.uleb128 .call_site_end-.call_site_begin	# Call-site table length\n"

    ".call_site_begin:\n"
    "\t.uleb128 .region_begin - func	# region 0 start\n"
    "\t.uleb128 .region_end-.region_begin	# length\n"
    "\t.uleb128 .handler_begin - func	# landing pad\n"
    "\t.uleb128 0x1	# action\n"
    ".call_site_end:\n"

    "\t.byte	0x1	# Action record table\n"
    "\t.byte	0x0\n"
    "\t.align 4\n"
    "\t.long	_ZTIi\n"
    ".ttd_end:\n"
    "\t\n");

__asm__ (
	 "\t.section .eh_frame, \"a\", @progbits\n"
	 "\t.cie:\n"
	 "\t.long .cie_end-.cie_begin\n"

	 "\t.cie_begin:\n"
	 "\t.long 0\n"
	 "\t.byte 1\n"
	 "\t.ascii \"zPL\\0\"	# CIE Augmentation\n"
	 "\t.uleb128 1\n"
	 "\t.sleb128 -4\n"
	 "\t.byte 8\n"
	 "\t.uleb128 0x6	# Augmentation size\n"
	 "\t.byte	0x0	# Personality (absolute)\n"
	 "\t.long	__gxx_personality_v0\n"

... madamadatuzukuyo-

(ry

まとめ

キャッチボールはできません

gccで一番使うオプションは -S です

文字は大きく

今後の課題

ちゃんとまとめた資料を作る

GCCフロントエンドから見たインターフェース

プログラミング言語DWARF2の研究

気が向いたらやります。（と、いうのは、やらないという意味ですよ）

ご静聴ありがとうございました

are とは

are3

foo, hoge, nanika, are

foo - 外人

hoge - 日本人

nanika - 何か

are - アレ

are4

foo と hoge を混ぜる件 

int hoge() { }
int fuga() { }
/* 次が思い付かない！！ */
int foo() { }
int bar() { }
int baz() { }

それはいいのか！？

are5

are を使おう！！ 

int are() { }
int sore() { }
int nanika() { }
int doreka() { }
class Asoko { };

伝統の重みが無いので思い付きで自由に使うことが可能！！

are6

are

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