mingw32 exception在sjlj與dwarf差別-反彙編分析

mingw32 exception在sjlj與dwarf差別-反彙編分析

sjlj (setjump/longjump)與dwarf-2為mingw32兩種異常處理模型的實現。sjlj有着開銷,而隨linux發行的mingw32開發庫包都是用sjlj版編譯的,而Qt卻採用dwarf-2版,那麼兩者之間有多少差異,本文就這問題對兩版的異常代碼的反彙編進行分析比較。

我使用mingw-w65-i686-810的sjlj與dwarf-2兩個版本對下面異常代碼編譯。

__attribute__((dllimport)) int dllfunc();
int main()
{
    dllfunc();
    //_create_locale(LC_ALL, "C");
    printf("abc");
    //return 0;

    try
    {
        try
        {
            throw std::exception();
        }
        catch(std::exception&)
      {
            std::rethrow_exception(std::current_exception());
      }
        
    }
    catch(int)
    {
        
    }
    catch(std::exception& e)
    {
        std::cout << e.what() << std::endl;
    }
    catch(...)
    {
        std::cout << "unknown" << std::endl;
    }
    return 0;
}

代碼邏輯:

兩層 try/catch,

1. 裡層 try/catch

1.1 try塊, throw 異常

1.2 catch塊, rethrow

2. 外層 try/catch

2.1 有三catch分支。

 

開刷前,先定義一下。

如果將 try/catch 去除 c++語言特性后,基本就是一種由c++庫還有c++編譯器共同管理的 goto。

throw相當於goto, catch相當於label(一種以類型區分的)。

那麼c++編譯器與c++庫為我們提供了什麼樣的管理呢?

c++編譯器

0. 利用c++支持對象析構進行try塊保護。

1. 將 throw 關鍵字生成彙編 call __cxa_throw,調用 c++庫的函數。

2. 為每個catch塊生成代碼片斷,只能通過jmp跳轉進來。

2.1 開頭 call __cxa_begin_catch。

2.2 結尾 call __cxa_end_catch。

2.3 最後跳出到 try/catch塊邏輯代碼的下條執行指令。

3. 為同一try/catch塊的所有catch塊產生分支控制代碼。

4. 為try塊的析構代碼產生跳轉入口。

5. 為每一層try/catch塊生成 uncaught 代碼塊,調用 _Unwind_Resume。

c++庫:

1. __cxa_throw,馬上_Unwind_RaiseException。跳轉到當前最裏面一層 try/catch的支路控制代碼片斷。

2. _Unwind_Resume,向上繼續展開。

3. std::rethrow_exception,調用 __gcclibcxx_demangle_callback,

3.1 要麼有 catch可達跳回到原來代碼的控制流,直接離開std::rethrow_exception的調用上下文。

3.2 要麼從__gcclibcxx_demangle_callback返回,執行terminate結束進程。

 

sjlj 版的反彙編代碼比 dwarf-2 版的多了50行。

先來看dwarf-2的反彙編代碼 

  1  <+0>:    lea    0x4(%esp),%ecx
  2  <+4>:    and    $0xfffffff0,%esp
  3  <+7>:    pushl  -0x4(%ecx)
  4  <+10>:    push   %ebp
  5  <+11>:    mov    %esp,%ebp
  6  <+13>:    push   %esi
  7  <+14>:    push   %ebx
  8  <+15>:    push   %ecx
  9  <+16>:    sub    $0x2c,%esp
 10  <+19>:    call   0x401890 <__main>
 11  <+24>:    mov    0x4071a4,%eax
 12  <+29>:    call   *%eax
 13  <+31>:    movl   $0x404045,(%esp)
 14  <+38>:    call   0x4027c4 <printf>
 15  <+43>:    movl   $0x4,(%esp)
 16  <+50>:    call   0x4017ac <__cxa_allocate_exception>
 17  <+55>:    mov    %eax,%ebx
 18  <+57>:    mov    %ebx,%ecx
 19  <+59>:    call   0x402890 <std::exception::exception()>
 20  <+64>:    movl   $0x4017d4,0x8(%esp)
 21  <+72>:    movl   $0x4042a8,0x4(%esp)
 22  <+80>:    mov    %ebx,(%esp)
 23  <+83>:    call   0x401794 <__cxa_throw>
 24  <+88>:    mov    $0x0,%eax
 25  <+93>:    jmp    0x401723 <main()+355>
 26  <+98>:    mov    %edx,%ecx
 27  <+100>:    cmp    $0x2,%ecx
 28  <+103>:    je     0x40162b <main()+107>
 29  <+105>:    jmp    0x401663 <main()+163>
 30  <+107>:    mov    %eax,(%esp)
 31  <+110>:    call   0x4017a4 <__cxa_begin_catch>
 32  <+115>:    mov    %eax,-0x1c(%ebp)
 33  <+118>:    lea    -0x28(%ebp),%eax
 34  <+121>:    mov    %eax,(%esp)
 35  <+124>:    call   0x4017cc <_ZSt17current_exceptionv>
 36  <+129>:    lea    -0x28(%ebp),%eax
 37  <+132>:    mov    %eax,(%esp)
 38  <+135>:    call   0x4017c4 <_ZSt17rethrow_exceptionNSt15__exception_ptr13exception_ptrE>
 39  <+140>:    mov    %eax,%esi
 40  <+142>:    mov    %edx,%ebx
 41  <+144>:    lea    -0x28(%ebp),%eax
 42  <+147>:    mov    %eax,%ecx
 43  <+149>:    call   0x4017ec <_ZNSt15__exception_ptr13exception_ptrD1Ev>
 44  <+154>:    call   0x40179c <__cxa_end_catch>
 45  <+159>:    mov    %esi,%eax
 46  <+161>:    mov    %ebx,%edx
 47  <+163>:    cmp    $0x1,%edx
 48  <+166>:    je     0x40166f <main()+175>
 49  <+168>:    cmp    $0x2,%edx
 50  <+171>:    je     0x401683 <main()+195>
 51  <+173>:    jmp    0x4016ca <main()+266>
 52  <+175>:    mov    %eax,(%esp)
 53  <+178>:    call   0x4017a4 <__cxa_begin_catch>
 54  <+183>:    mov    (%eax),%eax
 55  <+185>:    mov    %eax,-0x24(%ebp)
 56  <+188>:    call   0x40179c <__cxa_end_catch>
 57  <+193>:    jmp    0x401618 <main()+88>
 58  <+195>:    mov    %eax,(%esp)
 59  <+198>:    call   0x4017a4 <__cxa_begin_catch>
 60  <+203>:    mov    %eax,-0x20(%ebp)
 61  <+206>:    mov    -0x20(%ebp),%eax
 62  <+209>:    mov    (%eax),%eax
 63  <+211>:    add    $0x8,%eax
 64  <+214>:    mov    (%eax),%eax
 65  <+216>:    mov    -0x20(%ebp),%edx
 66  <+219>:    mov    %edx,%ecx
 67  <+221>:    call   *%eax
 68  <+223>:    mov    %eax,0x4(%esp)
 69  <+227>:    movl   $0x6ff07a00,(%esp)
 70  <+234>:    call   0x4017b4 <_ZStlsISt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIcT_ES5_PKc>
 71  <+239>:    movl   $0x4017bc,(%esp)
 72  <+246>:    mov    %eax,%ecx
 73  <+248>:    call   0x4017f4 <_ZNSolsEPFRSoS_E>
 74  <+253>:    sub    $0x4,%esp
 75  <+256>:    call   0x40179c <__cxa_end_catch>
 76  <+261>:    jmp    0x401618 <main()+88>
 77  <+266>:    mov    %eax,(%esp)
 78  <+269>:    call   0x4017a4 <__cxa_begin_catch>
 79  <+274>:    movl   $0x404049,0x4(%esp)
 80  <+282>:    movl   $0x6ff07a00,(%esp)
 81  <+289>:    call   0x4017b4 <_ZStlsISt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIcT_ES5_PKc>
 82  <+294>:    movl   $0x4017bc,(%esp)
 83  <+301>:    mov    %eax,%ecx
 84  <+303>:    call   0x4017f4 <_ZNSolsEPFRSoS_E>
 85  <+308>:    sub    $0x4,%esp
 86  <+311>:    call   0x40179c <__cxa_end_catch>
 87  <+316>:    jmp    0x401618 <main()+88>
 88  <+321>:    mov    %eax,%ebx
 89  <+323>:    call   0x40179c <__cxa_end_catch>
 90  <+328>:    mov    %ebx,%eax
 91  <+330>:    mov    %eax,(%esp)
 92  <+333>:    call   0x402770 <_Unwind_Resume>
 93  <+338>:    mov    %eax,%ebx
 94  <+340>:    call   0x40179c <__cxa_end_catch>
 95  <+345>:    mov    %ebx,%eax
 96  <+347>:    mov    %eax,(%esp)
 97  <+350>:    call   0x402770 <_Unwind_Resume>
 98  <+355>:    lea    -0xc(%ebp),%esp
 99  <+358>:    pop    %ecx
100  <+359>:    pop    %ebx
101  <+360>:    pop    %esi
102  <+361>:    pop    %ebp
103  <+362>:    lea    -0x4(%ecx),%esp
104  <+365>:    ret    

我們的主要代碼邏輯只有20-30條指令

 

 當 throw時,__cxa_throw函數是不會返回的, 如同goto最後是跳轉到他處,若被本層catch處理完才會跳轉回來<+88>。

然後看c++編譯器為我們生成的異常代碼 。

 

 

 

 

 

 對於沒有發生異常時,代碼執行路徑基本不會去涉及到異常代碼支路,開銷幾近為0,只是代碼量增大。

下面來看 sjlj 版的彙編代碼,

  1 function main():
  2  <+0>:    lea    0x4(%esp),%ecx
  3  <+4>:    and    $0xfffffff0,%esp
  4  <+7>:    pushl  -0x4(%ecx)
  5  <+10>:    push   %ebp
  6  <+11>:    mov    %esp,%ebp
  7  <+13>:    push   %edi
  8  <+14>:    push   %esi
  9  <+15>:    push   %ebx
 10  <+16>:    push   %ecx
 11  <+17>:    sub    $0x68,%esp
 12  <+20>:    movl   $0x4017ac,-0x44(%ebp)
 13  <+27>:    movl   $0x402958,-0x40(%ebp)
 14  <+34>:    lea    -0x3c(%ebp),%eax
 15  <+37>:    lea    -0x18(%ebp),%ebx
 16  <+40>:    mov    %ebx,(%eax)
 17  <+42>:    mov    $0x4015b4,%edx
 18  <+47>:    mov    %edx,0x4(%eax)
 19  <+50>:    mov    %esp,0x8(%eax)
 20  <+53>:    lea    -0x5c(%ebp),%eax
 21  <+56>:    mov    %eax,(%esp)
 22  <+59>:    call   0x402790 <_Unwind_SjLj_Register>
 23  <+64>:    call   0x4018b0 <__main>
 24  <+69>:    mov    0x406194,%eax
 25  <+74>:    movl   $0xffffffff,-0x58(%ebp)
 26  <+81>:    call   *%eax
 27  <+83>:    movl   $0x404001,(%esp)
 28  <+90>:    call   0x4027e4 <printf>
 29  <+95>:    movl   $0x4,(%esp)
 30  <+102>:    call   0x4017cc <__cxa_allocate_exception>
 31  <+107>:    mov    %eax,-0x60(%ebp)
 32  <+110>:    mov    %eax,%ecx
 33  <+112>:    call   0x4028b0 <std::exception::exception()>
 34  <+117>:    movl   $0x4017f4,0x8(%esp)
 35  <+125>:    movl   $0x404264,0x4(%esp)
 36  <+133>:    mov    -0x60(%ebp),%eax
 37  <+136>:    mov    %eax,(%esp)
 38  <+139>:    movl   $0x1,-0x58(%ebp)
 39  <+146>:    call   0x4017b4 <__cxa_throw>
 40  <+151>:    mov    $0x0,%eax
 41  <+156>:    mov    %eax,-0x60(%ebp)
 42  <+159>:    jmp    0x401733 <main()+547>
 43  <+164>:    lea    0x18(%ebp),%ebp
 44  <+167>:    mov    -0x54(%ebp),%edx
 45  <+170>:    mov    -0x50(%ebp),%ecx
 46  <+173>:    mov    -0x58(%ebp),%eax
 47  <+176>:    test   %eax,%eax
 48  <+178>:    je     0x4015e6 <main()+214>
 49  <+180>:    sub    $0x1,%eax
 50  <+183>:    test   %eax,%eax
 51  <+185>:    je     0x40161b <main()+267>
 52  <+187>:    sub    $0x1,%eax
 53  <+190>:    test   %eax,%eax
 54  <+192>:    je     0x4016f8 <main()+488>
 55  <+198>:    sub    $0x1,%eax
 56  <+201>:    test   %eax,%eax
 57  <+203>:    je     0x401712 <main()+514>
 58  <+209>:    sub    $0x1,%eax
 59  <+212>:    ud2    
 60  <+214>:    mov    %edx,%eax
 61  <+216>:    mov    %ecx,%edx
 62  <+218>:    mov    %edx,%ecx
 63  <+220>:    cmp    $0x2,%ecx
 64  <+223>:    je     0x4015f3 <main()+227>
 65  <+225>:    jmp    0x401642 <main()+306>
 66  <+227>:    mov    %eax,(%esp)
 67  <+230>:    call   0x4017c4 <__cxa_begin_catch>
 68  <+235>:    mov    %eax,-0x1c(%ebp)
 69  <+238>:    lea    -0x28(%ebp),%eax
 70  <+241>:    mov    %eax,(%esp)
 71  <+244>:    call   0x4017ec <_ZSt17current_exceptionv>
 72  <+249>:    lea    -0x28(%ebp),%eax
 73  <+252>:    mov    %eax,(%esp)
 74  <+255>:    movl   $0x2,-0x58(%ebp)
 75  <+262>:    call   0x4017e4 <_ZSt17rethrow_exceptionNSt15__exception_ptr13exception_ptrE>
 76  <+267>:    mov    %edx,-0x60(%ebp)
 77  <+270>:    mov    %ecx,-0x64(%ebp)
 78  <+273>:    lea    -0x28(%ebp),%eax
 79  <+276>:    mov    %eax,%ecx
 80  <+278>:    call   0x40180c <_ZNSt15__exception_ptr13exception_ptrD1Ev>
 81  <+283>:    mov    -0x60(%ebp),%eax
 82  <+286>:    mov    %eax,-0x60(%ebp)
 83  <+289>:    mov    -0x64(%ebp),%esi
 84  <+292>:    mov    %esi,-0x64(%ebp)
 85  <+295>:    call   0x4017bc <__cxa_end_catch>
 86  <+300>:    mov    -0x60(%ebp),%eax
 87  <+303>:    mov    -0x64(%ebp),%edx
 88  <+306>:    cmp    $0x1,%edx
 89  <+309>:    je     0x40164e <main()+318>
 90  <+311>:    cmp    $0x2,%edx
 91  <+314>:    je     0x401665 <main()+341>
 92  <+316>:    jmp    0x4016b3 <main()+419>
 93  <+318>:    mov    %eax,(%esp)
 94  <+321>:    call   0x4017c4 <__cxa_begin_catch>
 95  <+326>:    mov    (%eax),%eax
 96  <+328>:    mov    %eax,-0x20(%ebp)
 97  <+331>:    call   0x4017bc <__cxa_end_catch>
 98  <+336>:    jmp    0x4015a7 <main()+151>
 99  <+341>:    mov    %eax,(%esp)
100  <+344>:    call   0x4017c4 <__cxa_begin_catch>
101  <+349>:    mov    %eax,-0x24(%ebp)
102  <+352>:    mov    -0x24(%ebp),%eax
103  <+355>:    mov    (%eax),%eax
104  <+357>:    add    $0x8,%eax
105  <+360>:    mov    (%eax),%eax
106  <+362>:    mov    -0x24(%ebp),%edx
107  <+365>:    mov    %edx,%ecx
108  <+367>:    call   *%eax
109  <+369>:    mov    %eax,0x4(%esp)
110  <+373>:    movl   $0x6ff29a00,(%esp)
111  <+380>:    movl   $0x3,-0x58(%ebp)
112  <+387>:    call   0x4017d4 <_ZStlsISt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIcT_ES5_PKc>
113  <+392>:    movl   $0x4017dc,(%esp)
114  <+399>:    mov    %eax,%ecx
115  <+401>:    call   0x401814 <_ZNSolsEPFRSoS_E>
116  <+406>:    sub    $0x4,%esp
117  <+409>:    call   0x4017bc <__cxa_end_catch>
118  <+414>:    jmp    0x4015a7 <main()+151>
119  <+419>:    mov    %eax,(%esp)
120  <+422>:    call   0x4017c4 <__cxa_begin_catch>
121  <+427>:    movl   $0x404005,0x4(%esp)
122  <+435>:    movl   $0x6ff29a00,(%esp)
123  <+442>:    movl   $0x4,-0x58(%ebp)
124  <+449>:    call   0x4017d4 <_ZStlsISt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIcT_ES5_PKc>
125  <+454>:    movl   $0x4017dc,(%esp)
126  <+461>:    mov    %eax,%ecx
127  <+463>:    call   0x401814 <_ZNSolsEPFRSoS_E>
128  <+468>:    sub    $0x4,%esp
129  <+471>:    movl   $0xffffffff,-0x58(%ebp)
130  <+478>:    call   0x4017bc <__cxa_end_catch>
131  <+483>:    jmp    0x4015a7 <main()+151>
132  <+488>:    mov    %edx,-0x60(%ebp)
133  <+491>:    call   0x4017bc <__cxa_end_catch>
134  <+496>:    mov    -0x60(%ebp),%eax
135  <+499>:    mov    %eax,(%esp)
136  <+502>:    movl   $0xffffffff,-0x58(%ebp)
137  <+509>:    call   0x402788 <_Unwind_SjLj_Resume>
138  <+514>:    mov    %edx,-0x60(%ebp)
139  <+517>:    movl   $0x0,-0x58(%ebp)
140  <+524>:    call   0x4017bc <__cxa_end_catch>
141  <+529>:    mov    -0x60(%ebp),%eax
142  <+532>:    mov    %eax,(%esp)
143  <+535>:    movl   $0xffffffff,-0x58(%ebp)
144  <+542>:    call   0x402788 <_Unwind_SjLj_Resume>
145  <+547>:    lea    -0x5c(%ebp),%eax
146  <+550>:    mov    %eax,(%esp)
147  <+553>:    call   0x402780 <_Unwind_SjLj_Unregister>
148  <+558>:    mov    -0x60(%ebp),%eax
149  <+561>:    lea    -0x10(%ebp),%esp
150  <+564>:    pop    %ecx
151  <+565>:    pop    %ebx
152  <+566>:    pop    %esi
153  <+567>:    pop    %edi
154  <+568>:    pop    %ebp
155  <+569>:    lea    -0x4(%ecx),%esp
156  <+572>:    ret    

下面的分析只列出不同的地方 

 上圖的註釋有誤沒有勘誤過,lea是不訪問內存,通常代替add指令做加法,應該是6條指令要訪問內存。

支路控制代碼:

 

 

 

 

 可以看出,支路選路控制指令多而且複雜,還有就是跳轉多。

最後是函數結束前。

 

 

 

 可以看出在 sjlj 版本中,即使代碼不發生異常,函數在進入與離開時都要為登記維護付出一此成本,當涉及異常代碼時,支路選路控制更加複雜更多跳轉。這裡有一個成本比例,你的函數邏輯簡單,上面的開銷比重就越大,如果是頻繁調用的輕量函數就要考慮不用exception這樣的error handle。

還有就是當發生異常時,需要交給c++庫去管理,不同異常處理模型的實現,有着不同的開銷,本文並沒有涉及到。只是單純從c++庫以外的代碼進行分析,也足夠看出他們之間有着一定的差別。

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