我们可以实现 c++ linux 中的 thunk 吗？

Question

我想使用类成员函数作为回调，我不使用 libsigc，因为它很慢。 在ATL中，我们可以使用成员函数进行C风格的回调（http://www.codeproject.com/KB/cpp/SoloGenericCallBack.aspx），那么我们可以在linux中实现c++ thunk吗？

下面的代码将崩溃：

#include <assert.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>

typedef char BYTE;
typedef int DWORD;
typedef int* DWORD_PTR;
typedef int* INT_PTR;
typedef bool BOOL;
typedef unsigned long ULONG;
typedef unsigned long* ULONG_PTR;
#define PtrToUlong( p ) ((ULONG)(ULONG_PTR) (p) )
#define __stdcall __attribute__((__stdcall__))

//#pragma pack( push, 1 )
struct  MemFunToStdCallThunk
{
    BYTE          m_mov;
    DWORD      m_this; 
    BYTE          m_pushEax;
    BYTE          m_jmp;
    DWORD      m_relproc;

    void  Init( DWORD_PTR proc, void* pThis )
    {
        printf("proc=%x\n", proc);
        m_mov = 0xB8;   // mov eax
        m_this = PtrToUlong(pThis);
        m_pushEax = 0xc3;// push eax
        m_jmp = 0xe9;          //jmp
        m_relproc = DWORD((INT_PTR)proc - ((INT_PTR)this+sizeof(MemFunToStdCallThunk)));
        printf("m_relproc = %x\n", m_relproc);
        mprotect(this, sizeof(MemFunToStdCallThunk), PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC);
    }

    void* GetCodeAddress()
    {
        return this;
    }
}__attribute__ ((packed));
//#pragma  pack( pop )

template< typename TDst, typename TSrc >
TDst  UnionCastType( TSrc src )
{
    union
    {
        struct
        {
            int* pfn;  //function,index
            long delta; // offset, 
        }funcPtr;
        TSrc  uSrc;
    }uMedia;
    uMedia.uSrc  = src;
    return uMedia.funcPtr.pfn;
}




typedef  int  ( __stdcall *StdCallFun)(int, int);
class  CTestClass
{
public:
    int  m_nBase;
    MemFunToStdCallThunk  m_thunk;

    int  memFun( int m, int n )
    {
        int  nSun = m_nBase + m + n;
        printf("m=%d,n=%d,nSun=%d\n", m, n, nSun);
        return 1234;
    }

public:
    CTestClass()
    {
        m_nBase  = 10;
    }

    void  Test()
    {
        printf("%x\n", &CTestClass::memFun);
        m_thunk.Init(UnionCastType<DWORD_PTR>(&CTestClass::memFun), this );
        StdCallFun fun = (StdCallFun)m_thunk.GetCodeAddress();
        assert( fun != NULL );

        int ret =   fun( 9, 3 );
        printf("ret = %x\n", ret);


    }
};



int main()
{
    CTestClass test;
    test.Test();
    return 0;
}

编辑： 感谢user786653，我得到了正确的答案：

#include <assert.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>

typedef char BYTE;
typedef int DWORD;
typedef int* DWORD_PTR;
typedef int* INT_PTR;
typedef bool BOOL;
typedef unsigned long ULONG;
typedef unsigned long* ULONG_PTR;
#define PtrToUlong(p) ((ULONG)(ULONG_PTR) (p) )
#define __stdcall __attribute__((__stdcall__))

struct  MemFunToStdCallThunk
{
    BYTE          m_repairStack[10];
    DWORD      m_mov;
    DWORD      m_this;
    BYTE          m_jmp;
    DWORD      m_relproc;

    void  Init( DWORD_PTR proc, void* pThis )
    {
        printf("proc=%p\n", proc);
        m_repairStack[0] = 0x83; //sub esp, 0x4
        m_repairStack[1] = 0xec;
        m_repairStack[2] = 0x04;
        m_repairStack[3] = 0x8b; //mov eax,[esp + 0x4]
        m_repairStack[4] = 0x44;
        m_repairStack[5] = 0x24;
        m_repairStack[6] = 0x04;
        m_repairStack[7] = 0x89;//mov [esp], eax
        m_repairStack[8] = 0x04;
        m_repairStack[9] = 0x24;
        m_mov = 0x042444C7;   // mov   dword   ptr   [esp+0x4], 
        m_this = PtrToUlong(pThis);
        m_jmp = 0xe9;          //jmp
        m_relproc = (DWORD)proc - ((DWORD)this+sizeof(MemFunToStdCallThunk));
        printf("m_relproc = %d\n", m_relproc);
        //long page_size = sysconf(_SC_PAGE_SIZE);
        //mprotect((void*)(PtrToUlong(this) & -page_size), 2*page_size, PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC);
    }

    void* GetCodeAddress()
    {
        return this;
    }
}__attribute__ ((packed));


template< typename TDst, typename TSrc >
TDst  UnionCastType( TSrc src )
{
    union
    {
        struct
        {
            int* pfn;  //function or index
            long delta; // offset
        }funcPtr;
        TSrc  uSrc;
    }uMedia;
    uMedia.uSrc  = src;
    return uMedia.funcPtr.pfn;
}




typedef  int  ( __stdcall *StdCallFun)(int, int);
class  CTestClass
{
public:
    int  m_nBase;
    MemFunToStdCallThunk  m_thunk;

    int  memFun( int m, int n )
    {
    printf("this=%p\n", this);
        int  nSun = m_nBase + m + n;
        printf("m=%d,n=%d,nSun=%d\n", m, n, nSun);
        return nSun;
    }

public:
    CTestClass()
    {
        m_nBase  = 10;
    }

    void  Test()
    {
        int (CTestClass::*abc)(int, int);
        printf("sizeof(MemFunToStdCallThunk)=%d,sizeof(abc)=%d\n", sizeof(MemFunToStdCallThunk), sizeof(abc));
        printf("memFun=%p\n", &CTestClass::memFun);
        m_thunk.Init(UnionCastType<DWORD_PTR>(&CTestClass::memFun), this );
        StdCallFun fun = (StdCallFun)m_thunk.GetCodeAddress();
        assert( fun != NULL );

        int ret = memFun(2, 3);
        printf("ret 1= %d\n", ret);
        ret =  fun( 9, 3 );
        printf("ret 2= %d\n", ret);
    }
};


int main()
{
    CTestClass test;
    test.Test();
    return 0;
}

Answer 1

是的，但我不会推荐它。它（显然）会让你的代码的可移植性大大降低，如果你不小心的话，你可能会打开一个安全漏洞。

您需要使用 mprotect(2) 使代码可执行。类似mprotect(&thunk_struct, sizeof(struct _CallBackProcThunk), PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC)。

此外，结构打包的常规 GCC 语法是 struct S { /* ... */ } __attribute__ ((packed))，尽管较新的版本可能支持 #pragma pack 语法。

您可能还想将 stdint.h 中的 DWORD 替换为 uint32_t，将 BYTE 替换为 uint8_t< /code> （或者只是在其中粘贴 typedef ）。

编辑：

从 mprotect 的手册页“[..]addr 必须与页面边界对齐”。您应该检查返回值。尝试做类似这样的事情：

long page_size = sysconf(_SC_PAGE_SIZE);
uintptr_t addr = ((uintptr_t)this) & -page_size;
if (mprotect((void*)addr, 2*page_size, PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC)) {
    perror("mprotect"); 
    /* handle error */
}

以下计算是错误的：

DWORD((INT_PTR)proc - ((INT_PTR)this+sizeof(MemFunToStdCallThunk)))

它在 int* 上进行计算。

(DWORD)proc - ((DWORD)this+sizeof(MemFunToStdCallThunk)

这里应该足够了。

一个非常丑陋（不可移植等），但小且独立的示例如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>

struct thunk {
    uint32_t mov;
    uint32_t this_ptr;
    uint8_t jmp;
    uint32_t rel;
} __attribute__((packed));

class Test {
public:
    virtual int foo(void) {
        printf("foo! %p\n", (void*)this);
        return 42;
    }
};

int main()
{
    Test test;
    printf("%d\n", test.foo());

    thunk t;
    t.mov = 0x042444C7;
    t.this_ptr = (uint32_t)&test;
    t.jmp = 0xe9;
    t.rel = ((uint32_t)(void*)&Test::foo) - ((uint32_t)&t + sizeof(thunk));

    uint32_t addr = (uint32_t)&t;
    long page_size = sysconf(_SC_PAGE_SIZE);
    if (mprotect((void*)(addr & -page_size), 2*page_size, PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC)) {
        perror("mprotect");
        return 1;
    }

    union {
        void* p;
        int (*foo)(int);
    } u;
    u.p = &t;
    printf("%d\n", u.foo(0));
    return 0;
}

Answer 2

合理的方法是这样的：

struct Foo {
   void doit();
};

extern "C" {
   void callback(void *handle) {
      reinterpret_cast<Foo*>(handle)->doit();
   }
}

回调的组装如下所示（x64）：

callback:
    jmpq    _ZN3Foo4doitEv

Answer 3

您不能直接将指向成员的指针传递给 C 回调，但是有一些可以很好地工作的可移植技巧（即不限于一个目标操作系统）。

最简单的方法就是使用包装器非成员函数，其唯一目的是调用成员函数。

void wrapper()
{
  object->callWhatever();
}

您可以将 wrapper() 作为函数指针传递。

另请参阅 Cast member function for create_pthread() call 的示例，了解如何处理出现 void* 的情况 参数与回调，并希望使用它来存储（直接或不）指向要操作的对象的引用/指针。

Answer 4

我想使用类成员函数作为回调，我不使用libsigc，因为它很慢。在ATL中，我们可以使用成员函数进行C风格的回调（http://www.codeproject.com/KB/cpp/SoloGenericCallBack.aspx），那么我们可以在linux中实现c++ thunk吗？

你也许可以。然而，没有必要。

大多数异步 API 允许在注册异步事件时传递 void* 参数。当事件被报告时，这个 void* 也会被报告，并且可以用来调用对象的成员函数。 （语言含糊，因为像 epoll_wait() 这样的 API 实际上不会回调你，而 pthread_create() 则会回调你。）。