C语言实现Go的defer功能

之前笔者写了一篇博文C++实现Go的defer功能，介绍了如何在C++语言中实现Go的defer功能，那在C语言中是否也可以实现这样的功能呢？本文就将介绍一下如何在C语言中实现Go的defer功能。

我们还是使用C++实现Go的defer功能中的示例：

void test()
{
	FILE* fp = fopen("test.txt", "r");
	if (nullptr == fp)
		return;

	defer(fclose(fp));
	if (...)
	{
		return;
	}
	if (...)
	{
		return;
	}
	if (...)
	{
		return;
	}
}

为了实现该功能，需要借助编译器的扩展功能，GCC/Clang的cleanup属性，微软目前的编译器不支持该扩展属性，所以本文介绍的方法不适用于微软编译器。

一、GCC编译器

GCC的cleanup属性，可以参见GCC官方文档var-attr-cleanup-cleanup_function或者文档index-cleanup-variable-attribute。

GCC下的cleanup属性用法：

static void foo(int *p) { printf("foo called\n"); }
static void bar(int *p) { printf("bar called\n"); }
void baz(void)
{
  int x __attribute__((cleanup(foo)));
  { int y __attribute__((cleanup(bar))); }
}

GCC支持函数嵌套，cleanup属性也支持不带参数的函数调用：

void test()
{
  void ff() { printf("ff called\n"); }
  int z __attribute__((cleanup(ff)));
}

所以要实现前面示例中的写法也很简单，使用宏实现一个嵌套函数来执行自定义的表达式，再定义一个变量带上cleanup属性即可：

#define __CONCAT0__(a, b) a##b
#define __CONCAT__(a, b) __CONCAT0__(a, b)
#define __DEFER__(exp, COUNTER)                                                \
  void __CONCAT__(_DEFER_FUNC_, COUNTER)() { exp; }                            \
  int __CONCAT__(_DEFER_VAR_, COUNTER)                                         \
      __attribute__((cleanup(__CONCAT__(_DEFER_FUNC_, COUNTER))))
#define defer(exp) __DEFER__(exp, __COUNTER__)

二、Clang编译器

Clang的cleanup属性，可以参见Clang官方文档。由于Clang目前不支持函数嵌套，但提供了一种叫做Block类型的语法扩展，参见文档，有点类似C++的Lambda 表达式。

Clang的cleanup属性调用的函数，必须带有一个参数，否则会报错：

error: 'cleanup' function 'ff' must take 1 parameter

Clang需要写成：

void ff(int* p) { printf("ff called\n"); }
void test()
{
  int z __attribute__((cleanup(ff)));
}

但是前面示例的写法是：

defer(fclose(fp));

函数内部的表达式无法写到外部去，所以就需要借助Clang的Block类型语法扩展了：

//需要先定义一个外部函数，且必须带一个参数，这个参数的类型是一个`Block`类型
static inline void __cleanup__(void (^*fn)(void)) { (*fn)(); }
void test() {
  // 定义一个ff变量，该变量是一个`Block`类型
  void (^ff)() = ^{
    printf("ff called\n");
  };
  // 可以像函数一样使用，直接调用
  ff();
  // 定义一个`Block`类型的x变量，它的值一个是表达式，且拥有`cleanup`属性，调用外部函数__cleanup__
   __attribute__((cleanup(__cleanup__))) void (^x)() = ^{
    printf("x called\n");
  };
}

编译时必须使用-fblocks参数进行编译，同时链接BlocksRuntime库。Ubuntu下可以使用下面的命令安装BlocksRuntime库：

sudo apt install libblocksruntime-dev

如果不安装也可以自己定义一下变量：

void *_NSConcreteGlobalBlock[32] = {0};
void *_NSConcreteStackBlock[32] = {0};

注意：MinGW下目前没有可用的BlocksRuntime库，在链接时会报错：

undefined reference to `__imp__NSConcreteGlobalBlock'
undefined reference to `__imp__NSConcreteStackBlock'

这就必须自己定义一下变量了：

void *__imp__NSConcreteGlobalBlock[32] = {0};
void *__imp__NSConcreteStackBlock[32] = {0};

三、跨GCC/Clang编译器

综上，为了让Clang与GCC都能支持前面示例中的写法，可以使用宏来分别处理：

#define __CONCAT0__(a, b) a##b
#define __CONCAT__(a, b) __CONCAT0__(a, b)

#if defined(__clang__)
#if defined(__MINGW32__) || defined(__MINGW64__)
void *__imp__NSConcreteGlobalBlock[32] = {0};
void *__imp__NSConcreteStackBlock[32] = {0};
#elif defined(__LINUX__)
void *_NSConcreteGlobalBlock[32] = {0};
void *_NSConcreteStackBlock[32] = {0};
#endif
static inline void __cleanup__(void (^*fn)(void)) { (*fn)(); }
#define defer(exp)                                                             \
  __attribute__((cleanup(__cleanup__))) void (                                 \
      ^__CONCAT__(_DEFER_VAR_, __COUNTER__))(void) = ^{                        \
    exp;                                                                       \
  }
#elif defined(__GNUC__)
#define __DEFER__(exp, COUNTER)                                                \
  void __CONCAT__(_DEFER_FUNC_, COUNTER)() { exp; }                            \
  int __CONCAT__(_DEFER_VAR_, COUNTER)                                         \
      __attribute__((cleanup(__CONCAT__(_DEFER_FUNC_, COUNTER))))
#define defer(exp) __DEFER__(exp, __COUNTER__)
#else
#error "compiler not support!"
#endif

下面给出完整代码：

main.c：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define __CONCAT0__(a, b) a##b
#define __CONCAT__(a, b) __CONCAT0__(a, b)

#if defined(__clang__)
#if defined(__MINGW32__) || defined(__MINGW64__)
void *__imp__NSConcreteGlobalBlock[32] = {0};
void *__imp__NSConcreteStackBlock[32] = {0};
#elif defined(__LINUX__)
void *_NSConcreteGlobalBlock[32] = {0};
void *_NSConcreteStackBlock[32] = {0};
#endif
static inline void __cleanup__(void (^*fn)(void)) { (*fn)(); }
#define defer(exp)                                                             \
  __attribute__((cleanup(__cleanup__))) void (                                 \
      ^__CONCAT__(_DEFER_VAR_, __COUNTER__))(void) = ^{                        \
    exp;                                                                       \
  }
#elif defined(__GNUC__)
#define __DEFER__(exp, COUNTER)                                                \
  void __CONCAT__(_DEFER_FUNC_, COUNTER)() { exp; }                            \
  int __CONCAT__(_DEFER_VAR_, COUNTER)                                         \
      __attribute__((cleanup(__CONCAT__(_DEFER_FUNC_, COUNTER))))
#define defer(exp) __DEFER__(exp, __COUNTER__)
#else
#error "compiler not support!"
#endif

void ff(int *p) { printf("ff\n"); }

void myfree(char **p) {
  if (*p) {
    printf("myfree:%p\n", *p);
    free(*p);
  }
}

int main(int argc, char *argv[]) {
  FILE *fp = fopen("test.txt", "r");
  defer(printf("close file\n"); if (fp) fclose(fp));
  char *__attribute__((cleanup(myfree))) p = malloc(10);
  char *p1 [[gnu::cleanup(myfree)]] = malloc(10);

  int a [[gnu::cleanup(ff)]] = 10;
  defer(printf("call defer1, a = %d\n", a));
  a = 20;
  defer(printf("call defer2, a = %d\n", a));

  return 0;
}

CMakeList.txt

cmake_minimum_required(VERSION 3.25.0)
project(t)

if(CMAKE_C_COMPILER_ID MATCHES "Clang")
add_compile_options(
    -gdwarf-4
    -fblocks
)
endif()
aux_source_directory(. SRC)
add_executable(${PROJECT_NAME} ${SRC})