mingw32 exception在sjlj与dwarf差别-反汇编分析

sjlj (setjump/longjump)与dwarf-2为mingw32两种异常处理模型的实现。sjlj有着开销，而随linux发行的mingw32开发库包都是用sjlj版编译的，而Qt却采用dwarf-2版，那么两者之间有多少差异，本文就这问题对两版的异常代码的反汇编进行分析比较。

我使用mingw-w65-i686-810的sjlj与dwarf-2两个版本对下面异常代码编译。

__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 ;

}

代码逻辑：

两层 try/catch，

1. 里层 try/catch

1.1 try块， throw 异常

1.2 catch块， rethrow

2. 外层 try/catch

2.1 有三catch分支。

开刷前，先定义一下。

如果将 try/catch 去除 c++语言特性后，基本就是一种由c++库还有c++编译器共同管理的 goto。

throw相当于goto， catch相当于label（一种以类型区分的）。

那么c++编译器与c++库为我们提供了什么样的管理呢？

c++编译器

0. 利用c++支持对象析构进行try块保护。

1. 将 throw 关键字生成汇编 call __cxa_throw，调用 c++库的函数。

2. 为每个catch块生成代码片断，只能通过jmp跳转进来。

2.1 开头 call __cxa_begin_catch。

2.2 结尾 call __cxa_end_catch。

2.3 最后跳出到 try/catch块逻辑代码的下条执行指令。

3. 为同一try/catch块的所有catch块产生分支控制代码。

4. 为try块的析构代码产生跳转入口。

5. 为每一层try/catch块生成 uncaught 代码块，调用 _Unwind_Resume。

c++库：

1. __cxa_throw，马上_Unwind_RaiseException。跳转到当前最里面一层 try/catch的支路控制代码片断。

2. _Unwind_Resume，向上继续展开。

3. std::rethrow_exception，调用 __gcclibcxx_demangle_callback，

3.1 要么有 catch可达跳回到原来代码的控制流，直接离开std::rethrow_exception的调用上下文。

3.2 要么从__gcclibcxx_demangle_callback返回，执行terminate结束进程。

sjlj 版的反汇编代码比 dwarf-2 版的多了50行。

先来看dwarf-2的反汇编代码

  <+>:    lea    0x4(%esp),%ecx

  <+>:    and    $0xfffffff0,%esp

  <+>:    pushl  -0x4(%ecx)

  <+>:    push   %ebp

  <+>:    mov    %esp,%ebp

  <+>:    push   %esi

  <+>:    push   %ebx

  <+>:    push   %ecx

  <+>:    sub    $0x2c,%esp

  <+>:    call   0x401890 <__main>

  <+>:    mov    0x4071a4,%eax

  <+>:    call   *%eax

  <+>:    movl   $0x404045,(%esp)

  <+>:    call   0x4027c4 <printf>

  <+>:    movl   $0x4,(%esp)

  <+>:    call   0x4017ac <__cxa_allocate_exception>

  <+>:    mov    %eax,%ebx

  <+>:    mov    %ebx,%ecx

  <+>:    call   0x402890 <std::exception::exception()>

  <+>:    movl   $0x4017d4,0x8(%esp)

  <+>:    movl   $0x4042a8,0x4(%esp)

  <+>:    mov    %ebx,(%esp)

  <+>:    call   0x401794 <__cxa_throw>

  <+>:    mov    $0x0,%eax

  <+>:    jmp    0x401723 <main()+>

  <+>:    mov    %edx,%ecx

  <+>:    cmp    $0x2,%ecx

  <+>:    je     0x40162b <main()+>

  <+>:    jmp    0x401663 <main()+>

  <+>:    mov    %eax,(%esp)

  <+>:    call   0x4017a4 <__cxa_begin_catch>

  <+>:    mov    %eax,-0x1c(%ebp)

  <+>:    lea    -0x28(%ebp),%eax

  <+>:    mov    %eax,(%esp)

  <+>:    call   0x4017cc <_ZSt17current_exceptionv>

  <+>:    lea    -0x28(%ebp),%eax

  <+>:    mov    %eax,(%esp)

  <+>:    call   0x4017c4 <_ZSt17rethrow_exceptionNSt15__exception_ptr13exception_ptrE>

  <+>:    mov    %eax,%esi

  <+>:    mov    %edx,%ebx

  <+>:    lea    -0x28(%ebp),%eax

  <+>:    mov    %eax,%ecx

  <+>:    call   0x4017ec <_ZNSt15__exception_ptr13exception_ptrD1Ev>

  <+>:    call   0x40179c <__cxa_end_catch>

  <+>:    mov    %esi,%eax

  <+>:    mov    %ebx,%edx

  <+>:    cmp    $0x1,%edx

  <+>:    je     0x40166f <main()+>

  <+>:    cmp    $0x2,%edx

  <+>:    je     0x401683 <main()+>

  <+>:    jmp    0x4016ca <main()+>

  <+>:    mov    %eax,(%esp)

  <+>:    call   0x4017a4 <__cxa_begin_catch>

  <+>:    mov    (%eax),%eax

  <+>:    mov    %eax,-0x24(%ebp)

  <+>:    call   0x40179c <__cxa_end_catch>

  <+>:    jmp    0x401618 <main()+>

  <+>:    mov    %eax,(%esp)

  <+>:    call   0x4017a4 <__cxa_begin_catch>

  <+>:    mov    %eax,-0x20(%ebp)

  <+>:    mov    -0x20(%ebp),%eax

  <+>:    mov    (%eax),%eax

  <+>:    add    $0x8,%eax

  <+>:    mov    (%eax),%eax

  <+>:    mov    -0x20(%ebp),%edx

  <+>:    mov    %edx,%ecx

  <+>:    call   *%eax

  <+>:    mov    %eax,0x4(%esp)

  <+>:    movl   $0x6ff07a00,(%esp)

  <+>:    call   0x4017b4 <_ZStlsISt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIcT_ES5_PKc>

  <+>:    movl   $0x4017bc,(%esp)

  <+>:    mov    %eax,%ecx

  <+>:    call   0x4017f4 <_ZNSolsEPFRSoS_E>

  <+>:    sub    $0x4,%esp

  <+>:    call   0x40179c <__cxa_end_catch>

  <+>:    jmp    0x401618 <main()+>

  <+>:    mov    %eax,(%esp)

  <+>:    call   0x4017a4 <__cxa_begin_catch>

  <+>:    movl   $0x404049,0x4(%esp)

  <+>:    movl   $0x6ff07a00,(%esp)

  <+>:    call   0x4017b4 <_ZStlsISt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIcT_ES5_PKc>

  <+>:    movl   $0x4017bc,(%esp)

  <+>:    mov    %eax,%ecx

  <+>:    call   0x4017f4 <_ZNSolsEPFRSoS_E>

  <+>:    sub    $0x4,%esp

  <+>:    call   0x40179c <__cxa_end_catch>

  <+>:    jmp    0x401618 <main()+>

  <+>:    mov    %eax,%ebx

  <+>:    call   0x40179c <__cxa_end_catch>

  <+>:    mov    %ebx,%eax

  <+>:    mov    %eax,(%esp)

  <+>:    call   0x402770 <_Unwind_Resume>

  <+>:    mov    %eax,%ebx

  <+>:    call   0x40179c <__cxa_end_catch>

  <+>:    mov    %ebx,%eax

  <+>:    mov    %eax,(%esp)

  <+>:    call   0x402770 <_Unwind_Resume>

  <+>:    lea    -0xc(%ebp),%esp

  <+>:    pop    %ecx

  <+>:    pop    %ebx

  <+>:    pop    %esi

  <+>:    pop    %ebp

  <+>:    lea    -0x4(%ecx),%esp

  <+>:    ret

我们的主要代码逻辑只有20-30条指令

当 throw时，__cxa_throw函数是不会返回的，如同goto最后是跳转到他处，若被本层catch处理完才会跳转回来<+88>。

然后看c++编译器为我们生成的异常代码。

对于没有发生异常时，代码执行路径基本不会去涉及到异常代码支路，开销几近为0，只是代码量增大。

下面来看 sjlj 版的汇编代码，

 function main():

  <+>:    lea    0x4(%esp),%ecx

  <+>:    and    $0xfffffff0,%esp

  <+>:    pushl  -0x4(%ecx)

  <+>:    push   %ebp

  <+>:    mov    %esp,%ebp

  <+>:    push   %edi

  <+>:    push   %esi

  <+>:    push   %ebx

  <+>:    push   %ecx

  <+>:    sub    $0x68,%esp

  <+>:    movl   $0x4017ac,-0x44(%ebp)

  <+>:    movl   $0x402958,-0x40(%ebp)

  <+>:    lea    -0x3c(%ebp),%eax

  <+>:    lea    -0x18(%ebp),%ebx

  <+>:    mov    %ebx,(%eax)

  <+>:    mov    $0x4015b4,%edx

  <+>:    mov    %edx,0x4(%eax)

  <+>:    mov    %esp,0x8(%eax)

  <+>:    lea    -0x5c(%ebp),%eax

  <+>:    mov    %eax,(%esp)

  <+>:    call   0x402790 <_Unwind_SjLj_Register>

  <+>:    call   0x4018b0 <__main>

  <+>:    mov    0x406194,%eax

  <+>:    movl   $0xffffffff,-0x58(%ebp)

  <+>:    call   *%eax

  <+>:    movl   $0x404001,(%esp)

  <+>:    call   0x4027e4 <printf>

  <+>:    movl   $0x4,(%esp)

  <+>:    call   0x4017cc <__cxa_allocate_exception>

  <+>:    mov    %eax,-0x60(%ebp)

  <+>:    mov    %eax,%ecx

  <+>:    call   0x4028b0 <std::exception::exception()>

  <+>:    movl   $0x4017f4,0x8(%esp)

  <+>:    movl   $0x404264,0x4(%esp)

  <+>:    mov    -0x60(%ebp),%eax

  <+>:    mov    %eax,(%esp)

  <+>:    movl   $0x1,-0x58(%ebp)

  <+>:    call   0x4017b4 <__cxa_throw>

  <+>:    mov    $0x0,%eax

  <+>:    mov    %eax,-0x60(%ebp)

  <+>:    jmp    0x401733 <main()+>

  <+>:    lea    0x18(%ebp),%ebp

  <+>:    mov    -0x54(%ebp),%edx

  <+>:    mov    -0x50(%ebp),%ecx

  <+>:    mov    -0x58(%ebp),%eax

  <+>:    test   %eax,%eax

  <+>:    je     0x4015e6 <main()+>

  <+>:    sub    $0x1,%eax

  <+>:    test   %eax,%eax

  <+>:    je     0x40161b <main()+>

  <+>:    sub    $0x1,%eax

  <+>:    test   %eax,%eax

  <+>:    je     0x4016f8 <main()+>

  <+>:    sub    $0x1,%eax

  <+>:    test   %eax,%eax

  <+>:    je     0x401712 <main()+>

  <+>:    sub    $0x1,%eax

  <+>:    ud2

  <+>:    mov    %edx,%eax

  <+>:    mov    %ecx,%edx

  <+>:    mov    %edx,%ecx

  <+>:    cmp    $0x2,%ecx

  <+>:    je     0x4015f3 <main()+>

  <+>:    jmp    0x401642 <main()+>

  <+>:    mov    %eax,(%esp)

  <+>:    call   0x4017c4 <__cxa_begin_catch>

  <+>:    mov    %eax,-0x1c(%ebp)

  <+>:    lea    -0x28(%ebp),%eax

  <+>:    mov    %eax,(%esp)

  <+>:    call   0x4017ec <_ZSt17current_exceptionv>

  <+>:    lea    -0x28(%ebp),%eax

  <+>:    mov    %eax,(%esp)

  <+>:    movl   $0x2,-0x58(%ebp)

  <+>:    call   0x4017e4 <_ZSt17rethrow_exceptionNSt15__exception_ptr13exception_ptrE>

  <+>:    mov    %edx,-0x60(%ebp)

  <+>:    mov    %ecx,-0x64(%ebp)

  <+>:    lea    -0x28(%ebp),%eax

  <+>:    mov    %eax,%ecx

  <+>:    call   0x40180c <_ZNSt15__exception_ptr13exception_ptrD1Ev>

  <+>:    mov    -0x60(%ebp),%eax

  <+>:    mov    %eax,-0x60(%ebp)

  <+>:    mov    -0x64(%ebp),%esi

  <+>:    mov    %esi,-0x64(%ebp)

  <+>:    call   0x4017bc <__cxa_end_catch>

  <+>:    mov    -0x60(%ebp),%eax

  <+>:    mov    -0x64(%ebp),%edx

  <+>:    cmp    $0x1,%edx

  <+>:    je     0x40164e <main()+>

  <+>:    cmp    $0x2,%edx

  <+>:    je     0x401665 <main()+>

  <+>:    jmp    0x4016b3 <main()+>

  <+>:    mov    %eax,(%esp)

  <+>:    call   0x4017c4 <__cxa_begin_catch>

  <+>:    mov    (%eax),%eax

  <+>:    mov    %eax,-0x20(%ebp)

  <+>:    call   0x4017bc <__cxa_end_catch>

  <+>:    jmp    0x4015a7 <main()+>

  <+>:    mov    %eax,(%esp)

  <+>:    call   0x4017c4 <__cxa_begin_catch>

  <+>:    mov    %eax,-0x24(%ebp)

  <+>:    mov    -0x24(%ebp),%eax

  <+>:    mov    (%eax),%eax

  <+>:    add    $0x8,%eax

  <+>:    mov    (%eax),%eax

  <+>:    mov    -0x24(%ebp),%edx

  <+>:    mov    %edx,%ecx

  <+>:    call   *%eax

  <+>:    mov    %eax,0x4(%esp)

  <+>:    movl   $0x6ff29a00,(%esp)

  <+>:    movl   $0x3,-0x58(%ebp)

  <+>:    call   0x4017d4 <_ZStlsISt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIcT_ES5_PKc>

  <+>:    movl   $0x4017dc,(%esp)

  <+>:    mov    %eax,%ecx

  <+>:    call   0x401814 <_ZNSolsEPFRSoS_E>

  <+>:    sub    $0x4,%esp

  <+>:    call   0x4017bc <__cxa_end_catch>

  <+>:    jmp    0x4015a7 <main()+>

  <+>:    mov    %eax,(%esp)

  <+>:    call   0x4017c4 <__cxa_begin_catch>

  <+>:    movl   $0x404005,0x4(%esp)

  <+>:    movl   $0x6ff29a00,(%esp)

  <+>:    movl   $0x4,-0x58(%ebp)

  <+>:    call   0x4017d4 <_ZStlsISt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIcT_ES5_PKc>

  <+>:    movl   $0x4017dc,(%esp)

  <+>:    mov    %eax,%ecx

  <+>:    call   0x401814 <_ZNSolsEPFRSoS_E>

  <+>:    sub    $0x4,%esp

  <+>:    movl   $0xffffffff,-0x58(%ebp)

  <+>:    call   0x4017bc <__cxa_end_catch>

  <+>:    jmp    0x4015a7 <main()+>

  <+>:    mov    %edx,-0x60(%ebp)

  <+>:    call   0x4017bc <__cxa_end_catch>

  <+>:    mov    -0x60(%ebp),%eax

  <+>:    mov    %eax,(%esp)

  <+>:    movl   $0xffffffff,-0x58(%ebp)

  <+>:    call   0x402788 <_Unwind_SjLj_Resume>

  <+>:    mov    %edx,-0x60(%ebp)

  <+>:    movl   $0x0,-0x58(%ebp)

  <+>:    call   0x4017bc <__cxa_end_catch>

  <+>:    mov    -0x60(%ebp),%eax

  <+>:    mov    %eax,(%esp)

  <+>:    movl   $0xffffffff,-0x58(%ebp)

  <+>:    call   0x402788 <_Unwind_SjLj_Resume>

  <+>:    lea    -0x5c(%ebp),%eax

  <+>:    mov    %eax,(%esp)

  <+>:    call   0x402780 <_Unwind_SjLj_Unregister>

  <+>:    mov    -0x60(%ebp),%eax

  <+>:    lea    -0x10(%ebp),%esp

  <+>:    pop    %ecx

  <+>:    pop    %ebx

  <+>:    pop    %esi

  <+>:    pop    %edi

  <+>:    pop    %ebp

  <+>:    lea    -0x4(%ecx),%esp

  <+>:    ret

下面的分析只列出不同的地方

支路控制代码：

可以看出，支路选路控制指令多而且复杂，还有就是跳转多。

最后是函数结束前。

可以看出在 sjlj 版本中，即使代码不发生异常，函数在进入与离开时都要为登记维护付出一此成本，当涉及异常代码时，支路选路控制更加复杂更多跳转。这里有一个成本比例，你的函数逻辑简单，上面的开销比重就越大，如果是频繁调用的轻量函数就要考虑不用exception这样的error handle。

还有就是当发生异常时，需要交给c++库去管理，不同异常处理模型的实现，有着不同的开销，本文并没有涉及到。只是单纯从c++库以外的代码进行分析，也足够看出他们之间有着一定的差别。

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