]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/libpanic_unwind/seh.rs
c1656023b60e60317f23903e6891c61c103ba53c
[rust.git] / src / libpanic_unwind / seh.rs
1 //! Windows SEH
2 //!
3 //! On Windows (currently only on MSVC), the default exception handling
4 //! mechanism is Structured Exception Handling (SEH). This is quite different
5 //! than Dwarf-based exception handling (e.g., what other unix platforms use) in
6 //! terms of compiler internals, so LLVM is required to have a good deal of
7 //! extra support for SEH.
8 //!
9 //! In a nutshell, what happens here is:
10 //!
11 //! 1. The `panic` function calls the standard Windows function
12 //!    `_CxxThrowException` to throw a C++-like exception, triggering the
13 //!    unwinding process.
14 //! 2. All landing pads generated by the compiler use the personality function
15 //!    `__CxxFrameHandler3`, a function in the CRT, and the unwinding code in
16 //!    Windows will use this personality function to execute all cleanup code on
17 //!    the stack.
18 //! 3. All compiler-generated calls to `invoke` have a landing pad set as a
19 //!    `cleanuppad` LLVM instruction, which indicates the start of the cleanup
20 //!    routine. The personality (in step 2, defined in the CRT) is responsible
21 //!    for running the cleanup routines.
22 //! 4. Eventually the "catch" code in the `try` intrinsic (generated by the
23 //!    compiler) is executed and indicates that control should come back to
24 //!    Rust. This is done via a `catchswitch` plus a `catchpad` instruction in
25 //!    LLVM IR terms, finally returning normal control to the program with a
26 //!    `catchret` instruction.
27 //!
28 //! Some specific differences from the gcc-based exception handling are:
29 //!
30 //! * Rust has no custom personality function, it is instead *always*
31 //!   `__CxxFrameHandler3`. Additionally, no extra filtering is performed, so we
32 //!   end up catching any C++ exceptions that happen to look like the kind we're
33 //!   throwing. Note that throwing an exception into Rust is undefined behavior
34 //!   anyway, so this should be fine.
35 //! * We've got some data to transmit across the unwinding boundary,
36 //!   specifically a `Box<dyn Any + Send>`. Like with Dwarf exceptions
37 //!   these two pointers are stored as a payload in the exception itself. On
38 //!   MSVC, however, there's no need for an extra heap allocation because the
39 //!   call stack is preserved while filter functions are being executed. This
40 //!   means that the pointers are passed directly to `_CxxThrowException` which
41 //!   are then recovered in the filter function to be written to the stack frame
42 //!   of the `try` intrinsic.
43 //!
44 //! [win64]: https://docs.microsoft.com/en-us/cpp/build/exception-handling-x64
45 //! [llvm]: http://llvm.org/docs/ExceptionHandling.html#background-on-windows-exceptions
46
47 #![allow(nonstandard_style)]
48 #![allow(private_no_mangle_fns)]
49
50 use alloc::boxed::Box;
51 use core::any::Any;
52 use core::mem::{self, ManuallyDrop};
53 use libc::{c_int, c_uint, c_void};
54
55 struct Exception {
56     // This needs to be an Option because we catch the exception by reference
57     // and its destructor is executed by the C++ runtime. When we take the Box
58     // out of the exception, we need to leave the exception in a valid state
59     // for its destructor to run without double-dropping the Box.
60     data: Option<Box<dyn Any + Send>>,
61 }
62
63 // First up, a whole bunch of type definitions. There's a few platform-specific
64 // oddities here, and a lot that's just blatantly copied from LLVM. The purpose
65 // of all this is to implement the `panic` function below through a call to
66 // `_CxxThrowException`.
67 //
68 // This function takes two arguments. The first is a pointer to the data we're
69 // passing in, which in this case is our trait object. Pretty easy to find! The
70 // next, however, is more complicated. This is a pointer to a `_ThrowInfo`
71 // structure, and it generally is just intended to just describe the exception
72 // being thrown.
73 //
74 // Currently the definition of this type [1] is a little hairy, and the main
75 // oddity (and difference from the online article) is that on 32-bit the
76 // pointers are pointers but on 64-bit the pointers are expressed as 32-bit
77 // offsets from the `__ImageBase` symbol. The `ptr_t` and `ptr!` macro in the
78 // modules below are used to express this.
79 //
80 // The maze of type definitions also closely follows what LLVM emits for this
81 // sort of operation. For example, if you compile this C++ code on MSVC and emit
82 // the LLVM IR:
83 //
84 //      #include <stdint.h>
85 //
86 //      struct rust_panic {
87 //          rust_panic(const rust_panic&);
88 //          ~rust_panic();
89 //
90 //          uint64_t x[2];
91 //      };
92 //
93 //      void foo() {
94 //          rust_panic a = {0, 1};
95 //          throw a;
96 //      }
97 //
98 // That's essentially what we're trying to emulate. Most of the constant values
99 // below were just copied from LLVM,
100 //
101 // In any case, these structures are all constructed in a similar manner, and
102 // it's just somewhat verbose for us.
103 //
104 // [1]: http://www.geoffchappell.com/studies/msvc/language/predefined/
105
106 #[cfg(target_arch = "x86")]
107 #[macro_use]
108 mod imp {
109     pub type ptr_t = *mut u8;
110
111     macro_rules! ptr {
112         (0) => {
113             core::ptr::null_mut()
114         };
115         ($e:expr) => {
116             $e as *mut u8
117         };
118     }
119 }
120
121 #[cfg(any(target_arch = "x86_64", target_arch = "arm"))]
122 #[macro_use]
123 mod imp {
124     pub type ptr_t = u32;
125
126     extern "C" {
127         pub static __ImageBase: u8;
128     }
129
130     macro_rules! ptr {
131         (0) => (0);
132         ($e:expr) => {
133             (($e as usize) - (&imp::__ImageBase as *const _ as usize)) as u32
134         }
135     }
136 }
137
138 #[repr(C)]
139 pub struct _ThrowInfo {
140     pub attributes: c_uint,
141     pub pmfnUnwind: imp::ptr_t,
142     pub pForwardCompat: imp::ptr_t,
143     pub pCatchableTypeArray: imp::ptr_t,
144 }
145
146 #[repr(C)]
147 pub struct _CatchableTypeArray {
148     pub nCatchableTypes: c_int,
149     pub arrayOfCatchableTypes: [imp::ptr_t; 1],
150 }
151
152 #[repr(C)]
153 pub struct _CatchableType {
154     pub properties: c_uint,
155     pub pType: imp::ptr_t,
156     pub thisDisplacement: _PMD,
157     pub sizeOrOffset: c_int,
158     pub copyFunction: imp::ptr_t,
159 }
160
161 #[repr(C)]
162 pub struct _PMD {
163     pub mdisp: c_int,
164     pub pdisp: c_int,
165     pub vdisp: c_int,
166 }
167
168 #[repr(C)]
169 pub struct _TypeDescriptor {
170     pub pVFTable: *const u8,
171     pub spare: *mut u8,
172     pub name: [u8; 11],
173 }
174
175 // Note that we intentionally ignore name mangling rules here: we don't want C++
176 // to be able to catch Rust panics by simply declaring a `struct rust_panic`.
177 //
178 // When modifying, make sure that the type name string exactly matches
179 // the one used in src/librustc_codegen_llvm/intrinsic.rs.
180 const TYPE_NAME: [u8; 11] = *b"rust_panic\0";
181
182 static mut THROW_INFO: _ThrowInfo = _ThrowInfo {
183     attributes: 0,
184     pmfnUnwind: ptr!(0),
185     pForwardCompat: ptr!(0),
186     pCatchableTypeArray: ptr!(0),
187 };
188
189 static mut CATCHABLE_TYPE_ARRAY: _CatchableTypeArray =
190     _CatchableTypeArray { nCatchableTypes: 1, arrayOfCatchableTypes: [ptr!(0)] };
191
192 static mut CATCHABLE_TYPE: _CatchableType = _CatchableType {
193     properties: 0,
194     pType: ptr!(0),
195     thisDisplacement: _PMD { mdisp: 0, pdisp: -1, vdisp: 0 },
196     sizeOrOffset: mem::size_of::<Exception>() as c_int,
197     copyFunction: ptr!(0),
198 };
199
200 extern "C" {
201     // The leading `\x01` byte here is actually a magical signal to LLVM to
202     // *not* apply any other mangling like prefixing with a `_` character.
203     //
204     // This symbol is the vtable used by C++'s `std::type_info`. Objects of type
205     // `std::type_info`, type descriptors, have a pointer to this table. Type
206     // descriptors are referenced by the C++ EH structures defined above and
207     // that we construct below.
208     #[link_name = "\x01??_7type_info@@6B@"]
209     static TYPE_INFO_VTABLE: *const u8;
210 }
211
212 // This type descriptor is only used when throwing an exception. The catch part
213 // is handled by the try intrinsic, which generates its own TypeDescriptor.
214 //
215 // This is fine since the MSVC runtime uses string comparison on the type name
216 // to match TypeDescriptors rather than pointer equality.
217 #[cfg_attr(bootstrap, lang = "eh_catch_typeinfo")]
218 static mut TYPE_DESCRIPTOR: _TypeDescriptor = _TypeDescriptor {
219     pVFTable: unsafe { &TYPE_INFO_VTABLE } as *const _ as *const _,
220     spare: core::ptr::null_mut(),
221     name: TYPE_NAME,
222 };
223
224 // Destructor used if the C++ code decides to capture the exception and drop it
225 // without propagating it. The catch part of the try intrinsic will set the
226 // first word of the exception object to 0 so that it is skipped by the
227 // destructor.
228 //
229 // Note that x86 Windows uses the "thiscall" calling convention for C++ member
230 // functions instead of the default "C" calling convention.
231 //
232 // The exception_copy function is a bit special here: it is invoked by the MSVC
233 // runtime under a try/catch block and the panic that we generate here will be
234 // used as the result of the exception copy. This is used by the C++ runtime to
235 // support capturing exceptions with std::exception_ptr, which we can't support
236 // because Box<dyn Any> isn't clonable.
237 macro_rules! define_cleanup {
238     ($abi:tt) => {
239         unsafe extern $abi fn exception_cleanup(e: *mut Exception) {
240             if let Some(b) = e.read().data {
241                 drop(b);
242                 super::__rust_drop_panic();
243             }
244         }
245         #[unwind(allowed)]
246         unsafe extern $abi fn exception_copy(_dest: *mut Exception,
247                                              _src: *mut Exception)
248                                              -> *mut Exception {
249             panic!("Rust panics cannot be copied");
250         }
251     }
252 }
253 cfg_if::cfg_if! {
254    if #[cfg(target_arch = "x86")] {
255        define_cleanup!("thiscall");
256    } else {
257        define_cleanup!("C");
258    }
259 }
260
261 pub unsafe fn panic(data: Box<dyn Any + Send>) -> u32 {
262     use core::intrinsics::atomic_store;
263
264     // _CxxThrowException executes entirely on this stack frame, so there's no
265     // need to otherwise transfer `data` to the heap. We just pass a stack
266     // pointer to this function.
267     //
268     // The ManuallyDrop is needed here since we don't want Exception to be
269     // dropped when unwinding. Instead it will be dropped by exception_cleanup
270     // which is invoked by the C++ runtime.
271     let mut exception = ManuallyDrop::new(Exception { data: Some(data) });
272     let throw_ptr = &mut exception as *mut _ as *mut _;
273
274     // This... may seems surprising, and justifiably so. On 32-bit MSVC the
275     // pointers between these structure are just that, pointers. On 64-bit MSVC,
276     // however, the pointers between structures are rather expressed as 32-bit
277     // offsets from `__ImageBase`.
278     //
279     // Consequently, on 32-bit MSVC we can declare all these pointers in the
280     // `static`s above. On 64-bit MSVC, we would have to express subtraction of
281     // pointers in statics, which Rust does not currently allow, so we can't
282     // actually do that.
283     //
284     // The next best thing, then is to fill in these structures at runtime
285     // (panicking is already the "slow path" anyway). So here we reinterpret all
286     // of these pointer fields as 32-bit integers and then store the
287     // relevant value into it (atomically, as concurrent panics may be
288     // happening). Technically the runtime will probably do a nonatomic read of
289     // these fields, but in theory they never read the *wrong* value so it
290     // shouldn't be too bad...
291     //
292     // In any case, we basically need to do something like this until we can
293     // express more operations in statics (and we may never be able to).
294     atomic_store(&mut THROW_INFO.pmfnUnwind as *mut _ as *mut u32, ptr!(exception_cleanup) as u32);
295     atomic_store(
296         &mut THROW_INFO.pCatchableTypeArray as *mut _ as *mut u32,
297         ptr!(&CATCHABLE_TYPE_ARRAY as *const _) as u32,
298     );
299     atomic_store(
300         &mut CATCHABLE_TYPE_ARRAY.arrayOfCatchableTypes[0] as *mut _ as *mut u32,
301         ptr!(&CATCHABLE_TYPE as *const _) as u32,
302     );
303     atomic_store(
304         &mut CATCHABLE_TYPE.pType as *mut _ as *mut u32,
305         ptr!(&TYPE_DESCRIPTOR as *const _) as u32,
306     );
307     atomic_store(
308         &mut CATCHABLE_TYPE.copyFunction as *mut _ as *mut u32,
309         ptr!(exception_copy) as u32,
310     );
311
312     extern "system" {
313         #[unwind(allowed)]
314         pub fn _CxxThrowException(pExceptionObject: *mut c_void, pThrowInfo: *mut u8) -> !;
315     }
316
317     _CxxThrowException(throw_ptr, &mut THROW_INFO as *mut _ as *mut _);
318 }
319
320 pub unsafe fn cleanup(payload: *mut u8) -> Box<dyn Any + Send> {
321     let exception = &mut *(payload as *mut Exception);
322     exception.data.take().unwrap()
323 }
324
325 // This is required by the compiler to exist (e.g., it's a lang item), but
326 // it's never actually called by the compiler because __C_specific_handler
327 // or _except_handler3 is the personality function that is always used.
328 // Hence this is just an aborting stub.
329 #[lang = "eh_personality"]
330 #[cfg(not(test))]
331 fn rust_eh_personality() {
332     unsafe { core::intrinsics::abort() }
333 }