Rust постепенно становится одним из наиболее востребованных языков программирования, благодаря особому вниманию к безопасному управлению памятью и исключительным ситуациям. Одной из ключевых возможностей языка является встроенная система обработки исключений посредством механизма паник, который при необходимости сворачивает стек вызовов, одновременно вызывая методы Drop для корректного освобождения ресурсов. В последние годы развитие проекта rustc_codegen_cranelift позволило значительно расширить поддержку этой функциональности для Unix-систем, реализовав современный подход на базе Cranelift и архитектуры landingpad. Понимание того, как именно устроена работа с исключениями в rustc_codegen_cranelift, имеет существенное значение для разработчиков системных приложений и тех, кто заинтересован в развитии самого компилятора Rust или альтернативных бекендов для генерации машинного кода. Благодаря внедрению landingpad в Cranelift, стало возможным реализовать полноценную поддержку стека с полноценной обработкой unwind при возникновении паник, что ранее было доступно преимущественно через LLVM.
Такой подход позволяет обеспечивать стабильность выполнения, позволяя функциям инициализировать очистку ресурсов даже во время нештатных ситуаций. Принцип работы механизмов паники в Rust основан на стандартном unwind — разворачивании стека с попыткой найти подходящий обработчик. В большинстве случаев это сочетается с вызовом Drop, что гарантирует освобождение всех локальных ресурсов, даже если выполнение переходит в исключительную ветку. Инструменты Cranelift в rustc_codegen_cranelift теперь поддерживают специализированные таблицы расстановки обработчиков и личностные функции (personality functions), благодаря чему процесс обработки становится эффективным и надежным. Для демонстрации внутренней логики был взят простой пример с созданием структуры Droppable, обладающей методом Drop, и рядом функций, в которых имитируется паника и ее перехват.
Компиляция происходит с использованием опций отладки и дополнительным выводом в формате Cranelift IR, что позволяет детально проанализировать промежуточный код и проверить соответствие механизма unwind в реальном времени. После компиляции и запуска в отладчике gdb становится ясно, что паника вызывает функцию _Unwind_RaiseException, которая запускает процесс разворачивания стека на уровне системных вызовов. Интересно, что rustc_codegen_cranelift использует Itanium ABI для Unix-систем, реализуя двухфазный механизм unwind. На первом этапе вызывается personality function, обрабатывая таблицы с данными LSDA, рассчитывая возможные точки для ловли исключения. Если обработчик найден, управление переходит на landingpad, который выполняет очистку стека, а затем либо продолжает выполнение, либо вызывает _Unwind_Resume для продолжения unwind.
Особенности архитектуры Itanium ABI в данном случае проявляются в удалении каждого стека по мере его обработки, превращая throw в альтернативный путь возврата из функции. Это контрастирует с Windows SEH, где стек удерживается до завершения unwind. Именно из-за отсутствия поддержки landingpad в Windows на Cranelift, текущая реализация rustc_codegen_cranelift работает только на Unix-платформах. Детальный анализ промежуточного кода показывает, как try_call в Cranelift IR используется для маркировки потенциальных точек возникновения исключений. В случае do_panic вызов panic_any помечается как возможный unwind, что приводит к переключению управления к cleanup-блокам, где происходит вызов Drop.
Если в процессе drop происходит паника, предусмотрена логика аварийного завершения для предотвращения повторного unwind, обеспечивая стабилизацию состояния. При анализе с помощью утилиты rust_unwind_inspect можно получить низкоуровневое представление таблиц unwind, содержащих сведения о кадровых данных, расположении регистров и метках перехода. Это помогает понять, как unwind работает с точки зрения аппаратного стека и ассемблерных инструкций. Также стоит отметить, что LSDA использует формат, совместимый с GCC и Clang, что упрощает совместимость и обработку исключений на уровне ABI. Самая сложная часть — это catching panic, реализуемый посредством intrinsics::catch_unwind.
В нем присутствует вызов пользовательской функции, которая может инициализировать unwind, после чего вызывается рекавери-функция. В Cranelift IR это выражено с помощью try_call_indirect с особым tag для обозначения того, что исключение может быть перехвачено. Вместо вызова _Unwind_Resume, управление передается обратно в вызывающий код, где можно обработать ошибку или переключиться в другую ветку исполнения. Практическое значение таких нововведений трудно переоценить. Rust-программисты получают уверенность в том, что даже при непредвиденных ошибках программа сможет корректно освободить ресурсы и выполнить необходимую логику восстановления, при этом сохраняя производительность на хорошем уровне за счет продвинутой интеграции с Cranelift.
Особенно полезна поддержка для систем, где LLVM тяжеловесен или нежелателен со стороны лицензирования или размера. Новая система в rustc_codegen_cranelift пока не включена по умолчанию, поскольку разработка находится в активной стадии совершенствования с устранением производственных регрессий. Тем не менее, она уже позволяет изучить внутренние механизмы и приобщиться к технологической платформе, которая в будущем может стать полноценной альтернативой стандартному компилятору Rust с LLVM. Стоит также отметить участие сообщества в развитии и обеспечение совместимости с другими платформами, включая Windows. Несмотря на ограничение текущей реализации, работа по реализации поддержки SEH или интеграция с MSVC в дальнейшем сулит интересные изменения и расширение возможностей языка.
