从main.c开始走进Ruby-异常

这一阵子真没时间,9月上旬更没时间,头大.

前天写面试题目的时候遇到了setjmp和longjmp这两个方法,

于是就想到R uby的异常处理是如何实现的,顺道研究下.

其他的Ruby相关的实现现在真没时间写.但肯定要写,因为我喜欢R ,不是一般的喜欢.

 

===============================

 

兵马未动,粮草先行.

 

我想看看raise怎么实现的,但当我在irb中敲入了raise后,我却不知道在gdb中该对哪个方法下断点.

冒然出击肯定是盲目的,就像菲律宾特警解救香港游客人质一样,一点思路都没有.

那好吧,我还是要做点预习功课,翻开代码去找raise对应的C方法.

 

 

通过阅读eval.c的代码,发现里面有如下方法:

 

 

void
Init_eval(void)
{
    rb_define_virtual_variable("$@", errat_getter, errat_setter);
    rb_define_virtual_variable("$!", errinfo_getter, 0);

    rb_define_global_function("raise", rb_f_raise, -1);
    rb_define_global_function("fail", rb_f_raise, -1);
/*
    ..........
*/
}

 

其中raise这个字符串对应的方法是: rb_f_raise,

 

 

static VALUE
rb_f_raise(int argc, VALUE *argv)
{
    VALUE err;
    if (argc == 0) {
	err = get_errinfo();
	if (!NIL_P(err)) {
	    argc = 1;
	    argv = &err;
	}
    }
    rb_raise_jump(rb_make_exception(argc, argv));
    return Qnil;		/* not reached */
}

 

同时我们也可以看到其他方法的底层实现,比如:

 

• $@是获得出错信息的所在代码行,通过errat_getter实现
• $!是获得出错信息,通过errinfo_getter实现

我们既然要理解Ruby异常机制,那么我们就要对rb_f_raise进行仔细的分析.

现在我设计这样一个场景:

 

1. 在irb中通过raise抛出一个异常
2. 在gdb中对rb_f_raise设置断点
3. 执行 irb中的raise代码
4. 在gdb中step进入rb_f_raise及其里面,通过bt观察它的调用栈以及最底层的实现方式.

 

看我如下操作:

 

irb 写道

>> raise ArgumentError,"Debug Ruby from main.c"
ArgumentError: Debug Ruby from main.c
from (irb):15
from /usr/local/ruby-1.9.1/bin/irb:12:in `<main>'

 

gdb 写道

(gdb) b rb_f_raise
Breakpoint 10 at 0x1000289dc: file eval.c, line 467.
(gdb) c
Continuing.

 

 

irb 写道

>> raise ArgumentError,"Debug Ruby from main.c"

 

 

gdb 写道

Breakpoint 10, rb_f_raise (argc=2, argv=0x100400298) at eval.c:467
467 if (argc == 0) {

 

这个时候我们已经断到了rb_f_raise,下面就是要step进入其中,看看一个语言如何设计对异常的处理.

 

我没有把每一步的代码都贴出来,而是走到了最里面,当我遇到以下两个函数的时候,我认为我们就可以大概知道Ruby的异常处理是怎么实现的了.

 

 

int	_setjmp(jmp_buf);
void	_longjmp(jmp_buf, int);

 

深入过C++和Java实现的同学肯定也见过这两个函数,他们的作用就是:

 

• setjmp:收集当前堆栈信息并且保存到jmp_buf中,返回值是longjmp,如果不是从longjmp返回的,则返回0.
• longjmp:跳转到jmp_buf设定的位置,并将int返回给setjmp.

下面还有setjmp和longjmp的解释.

 

我出过一道面试题目,就是关于用setjmp.h中的方法实现异常处理的,在这里可以当作一个简单应用的例子,如下:

 

 

#include <setjmp.h>
jmp_buf jb;
int ret = setjmp(jb);
switch(ret)
{
case 0:/*ok*/;break;
case 1:exc1_handler();break;
case 2:exc2_handler();break;
default:default_handler();
}
 
if(a==b){/*do ok*/}
else{/*raise exception*/longjmp(jb,1)}

 

知道了这两个函数,我们就可以开心一下了,原来好多语言都使用它们去实现异常处理阿,只是功能丰富程度不同,但通过了解上面这些,至少我们知道了一个大概的思路,给我们自己的语言设计启发了不少.

 

话题再转回R uby的调试中,在断到longjmp的时候,我使用bt命令查看了一下调用栈,可以比较清楚的看到当在Ruby层面执行raise语句的时候,它是通过调用哪些关键函数来实现异常处理功能的.

 

gdb 写道

#0 rb_sourcefile () at vm.c:754
#1 0x00000001000274cd in rb_longjmp (tag=6, mesg=4304442240) at eval.c:358
#2 0x00000001000277e8 in rb_raise_jump (mesg=<value temporarily unavailable, due to optimizations>) at eval.c:530
#3 0x0000000100028a07 in rb_f_raise (argc=<value temporarily unavailable, due to optimizations>, argv=<value temporarily unavailable, due to optimizations>) at eval.c:474

 

 

 

整个raise的流程差不多就这样,我在对其中个别几个函数再剖析一下:

 

rb_make_exception是在rb_raise_jump的时候调用的,

他的作用就是生成一个异常对象给rb去raise.

现在我们来看一下这个exception的生成过程.

 

 

VALUE
rb_make_exception(int argc, VALUE *argv)
{
    VALUE mesg;
    ID exception;
    int n;

    mesg = Qnil;
    switch (argc) {
      case 0:
	break;
      case 1:
	if (NIL_P(argv[0]))
	    break;
	mesg = rb_check_string_type(argv[0]);
	if (!NIL_P(mesg)) {
	    mesg = rb_exc_new3(rb_eRuntimeError, mesg);
	    break;
	}
	n = 0;
	goto exception_call;

      case 2:
      case 3:
	n = 1;
      exception_call:
	CONST_ID(exception, "exception");
	if (!rb_respond_to(argv[0], exception)) {
	    rb_raise(rb_eTypeError, "exception class/object expected");
	}
	mesg = rb_funcall(argv[0], exception, n, argv[1]);
	break;
      default:
	rb_raise(rb_eArgError, "wrong number of arguments");
	break;
    }
    if (argc > 0) {
	if (!rb_obj_is_kind_of(mesg, rb_eException))
	    rb_raise(rb_eTypeError, "exception object expected");
	if (argc > 2)
	    set_backtrace(mesg, argv[2]);
    }

    return mesg;
}

 

罗列这么多代码的确很不好意思,因为不是每行都需要说明一下,但我又怕只取部分代码片段的话,会有人看不明白.

 

 

mesg = rb_check_string_type(argv[0]);

这里是将错误信息argv转换为String

 

 

mesg = rb_exc_new3(rb_eRuntimeError, mesg);

这里将mesg变成一个异常的对象,而在此之前它还只是个String.

我们看到更改mesg Ruby类型的时候都不需要加强制转换,就是因为这是在C层面,一切R uby对象都是VALUE.

 

rb_exc_new3是通过rb_funcall(etype, rb_intern("new"), 1, str);来实现的.

我们又看到了rb_intern方法,这个方法是把ruby的方法名字转换为id,然后找到该id对应的该函数的C的实现,再执行C的实现.这是C中使用Ruby函数的一个通用思路.

 

 

CONST_ID(exception, "exception");

这个宏定义如下:

 

 

#define CONST_ID_CACHE(result, str)			\
    {							\
	static ID rb_intern_id_cache;			\
	if (!rb_intern_id_cache)			\
	    rb_intern_id_cache = rb_intern2(str, strlen(str));	\
	result rb_intern_id_cache;			\
    }
#define CONST_ID(var, str) \
    do CONST_ID_CACHE(var =, str) while (0)

 其中static类型的rb_intern_id_cache用来保存exception的C实现,这样再次访问这个方法的时候就不用使用rb_intern2去取了.

 

 

贴一下setjmp和longjmp的解释:

 

setjmp longjmp 写道

setjmp|longjmp

　　与刺激的abort()和exit()相比,goto语句看起来是处理异常的更可行方案。不幸的是，goto是本地的：它只能跳到所在函数内部的标号上，而不能将控制权转移到所在程序的任意地点（当然，除非你的所有代码都在main体中）。
　　为了解决这个限制，C函数库提供了setjmp()和longjmp()函数，它们分别承担非局部标号和goto作用。头文件<setjmp.h>申明了这些函数及同时所需的jmp_buf数据类型。
　　原理非常简单：
　　1.setjmp(j)设置“jump”点，用正确的程序上下文填充jmp_buf对象j。这个上下文包括程序存放位置、栈和框架指针，其它重要的寄存器和内存数据。当初始化完jump的上下文，setjmp()返回0值。
　　2. 以后调用longjmp(j,r)的效果就是一个非局部的goto或“长跳转”到由j描述的上下文处（也就是到那原来设置j的setjmp()处）。当作为长跳转的目标而被调用时，setjmp()返回r或1（如果r设为0的话）。（记住，setjmp()不能在这种情况时返回0。）
　　通过有两类返回值，setjmp()让你知道它正在被怎么使用。当设置j时，setjmp()如你期望地执行；但当作为长跳转的目标时，setjmp()就从外面“唤醒”它的上下文。你可以用longjmp()来终止异常，用setjmp()标记相应的异常处理程序。

 

评论

8 楼 wozhidao 2010-09-07  

有些就是只关心术而不关心道

7 楼 CharlesCui 2010-08-30  

jinleileiking 写道

对于这种实际上或许没有什么用。但是是我想做的东西的好文。我就投精华！

谢谢，其实火星的要求也没错，但我的确是没什么实战功底，我不是开发，不常写代码，只是为了兴趣而学习，所以我写的东西都很少有关实战的，因为我本身就没什么实战的经历。

如果有相关实战经历的大牛能多写几篇关于Ruby调试的文章那就可以互相补充了，但千万不要投隐藏贴啊，难道一个论坛篇篇都能精华么？多虚荣，多假啊。一个繁荣文明的肯定是包容的，只有精英的世界是不现实的。

不过谢谢大家的理解和宽容，3x！

6 楼 jinleileiking 2010-08-30  

对于这种实际上或许没有什么用。但是是我想做的东西的好文。我就投精华！

5 楼 CharlesCui 2010-08-29  

googya 写道

喜欢R，还不是一般的喜欢？
我也喜欢R，还喜欢Ruby。。
公司要人么？

我们公司不用R

我朋友公司用R,你可以把简历给我,我帮你投递.站内短信联系好了.

4 楼 googya 2010-08-29  

喜欢R，还不是一般的喜欢？
我也喜欢R，还喜欢Ruby。。
公司要人么？

3 楼 CharlesCui 2010-08-27  

<p>这也能投隐藏贴,你们都是什么心态?<br></p>
<p> </p>
<p><span style="font-family: arial, sans-serif; font-size: 13px;">
</span></p>
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<p> </p>

2 楼 CharlesCui 2010-08-26  

下一站，火星 写道

我对这种泛泛而谈的文章没有什么感觉，没有实际应用做背景的东西，太乏味

请教下,什么是实际应用呢?

我写这个文章是分享我对Ruby底层的学习,没有针对个人口味.这篇文章的确没啥用途,不能告诉我们哪些新技术,新发明,但至少让我知道了一个语言层面的try\catch在底层是怎么实现的.我很有收获感.如果这是你需要的,那就对了,如果不是,那的确不合你的口味:(抱歉啊!

1 楼 下一站，火星 2010-08-26  

我对这种泛泛而谈的文章没有什么感觉，没有实际应用做背景的东西，太乏味