异常是如何在幕后实现的？

Question

几乎每个人都在使用它们，但包括我在内的许多人只是想当然地认为它们只是工作而已。

我在找高质量的材料。我使用的语言是：java、C、C++、python、C++，所以这些是我最感兴趣的。

现在，C++可能是一个很好的开始，因为你可以在这个语言中抛出任何东西。

而且，C接近组装。如何使用纯C构造和无程序集模拟异常？

最后，我听到一个传言，谷歌员工出于速度考虑，对一些项目不使用异常。这只是谣言吗？没有他们，怎么可能有实质性的成就？

谢谢你。

Answer 1

异常只是高级非本地流控制构造的更一般情况的一个特定示例。其他示例包括：

• notifications（异常的一般化，最初来自一些旧的Lisp对象系统，现在在CommonLisp和Ioke中实现）
• continuations（更结构化的GOTO形式，在高级、高阶语言中流行）
• 协程（子程序的泛化，尤其在Lua中流行）
• generatorsla Python（本质上是一种受限形式的协程）
• 纤维（合作轻量级线程）当然还有前面提到的
• GOTO。

（我肯定还有很多我错过的。）

这些结构的一个有趣的特性是，它们在表达能力上大致相等：如果有一个one，那么可以很容易地构建所有其他结构。

因此，如何最好地实现异常取决于可用的其他构造：

• 每个CPU都有GOTO，因此，如果必须的话，您可以随时返回到这个位置。
• C有setjmp/longjmp，基本上是MacGyver的延续（用胶带和牙签做成的，不完全是真的，但如果你没有更好的东西，至少会让你摆脱眼前的麻烦）。
• JVM和CLI都有自己的异常，这意味着如果您的语言的异常语义与Java/C#匹配，那么您就可以自由使用（如果不匹配，那么您就完了）。
• 鹦鹉虚拟机既是例外又是延续。
• Windows有自己的异常处理框架，语言实现者可以使用该框架在上面构建自己的异常。

一个非常有趣的用例，异常的用法和异常的实现都是Microsoft Live Lab的Volta项目。Volta的目标是通过按下按钮为Web应用程序提供架构重构。因此，只需在.NET代码中添加一些[Browser]或[DB]属性，就可以将一层web应用程序转换为两层或三层应用程序，然后代码将自动在客户端或数据库中运行。为了做到这一点，.NET代码显然必须转换成JavaScript源代码。

现在，您可以用JavaScript编写一个完整的VM并在未修改的情况下运行字节码。（基本上，CLR从C++到JavaScript。）实际上有一些项目（例如HutruBy VM），但是这是低效的，并且与其他JavaScript代码不能很好地互操作。

因此，他们编写了一个编译器，将CIL字节码编译成JavaScript源代码。然而，JavaScript缺乏.NET所具有的某些特性（生成器、线程，以及这两个异常模型并非100%兼容），更重要的是，它缺乏编译器编写器love（或者GOTO或continuations）所具有的某些特性，这些特性可用于实现上述缺失的特性。

但是，JavaScript确实有异常。因此，他们使用JavaScript异常来实现Volta Continuations，然后使用Volta Continuations来实现.NET异常，.NET生成器甚至.NET托管线程（！！！）

所以，回答你最初的问题：

How are exceptions implemented under the hood?

讽刺的是，除了例外！至少在这个非常特殊的情况下，无论如何。

另一个很好的例子是Go邮件列表中的一些异常建议，它们使用goroutine实现异常（类似于并发协同路由和CSP进程的混合）。另一个例子是Haskell，它使用monad、惰性计算、尾部调用优化和高阶函数来实现异常。一些现代CPU也支持基本构建异常的ing块（例如专门为Azul系统Java计算加速器设计的Vega-3cpu）。

Answer 2

在他的书《C接口和实现：创建可重用软件的技术》中，D.R.Hanson使用一组宏和setjmp/longjmp在纯C中提供了异常的良好实现。他提供了尝试/提高/ / /最后宏，它可以模仿几乎所有C++异常所做的事情。

代码可以仔细阅读here（查看except.h/except.c）。

p.S.是你关于谷歌的问题。他们的员工实际上被允许在新代码中使用异常，而在旧代码中禁止使用异常的官方原因是，它已经这样写了，混合样式是没有意义的。

我个人认为C++没有例外不是最好的主意。

Answer 3

这里是C++异常的常见实现方式：
http://www.codesourcery.com/public/cxx-abi/abi-eh.html

它适用于安腾体系结构，但这里描述的实现也适用于其他体系结构。注意，它是一个长文档，因为C++异常是复杂的。

下面是LLVM如何实现异常的一个很好的描述：
http://llvm.org/docs/ExceptionHandling.html

由于LLVM是许多运行时的公共中间表示，因此所描述的机制可以应用于许多语言。