如何利用GCC Labels as Values扩展实现全局标签值构建线程化解释器

我想利用GCC及其他编译器支持的C/C++ Labels as Values 扩展来编写线程化解释器——这类虚拟机通过直接链接真实机器代码块的地址来定义指令。我的需求是把函数内部的标签值作为全局常量，用于编译或存储VM代码，但示例代码因为扩展不允许在函数外部引用函数内的标签值，无法通过编译。

构想的解释器示例代码如下：

#include <stdio.h>

void interpret (void **prog) {
    void **pc = prog;
    goto **pc;
    foo: printf("Foo"); goto nextword;
    bar: printf("Bar"); goto nextword;
    nextword:
        if (*(++pc) != STOP) {
            printf(" ");
            goto **pc;
        } else printf ("\n.");
    stop: return;
}

// 这里会编译失败：无法在函数外部引用函数内的标签
void *FOO=&foo, *BAR=&bar, *STOP=&stop;

int main (int argc, char **argv) {
    void *prog[] = {FOO, BAR, FOO, BAR, BAR, FOO, STOP};
    interpret(prog);
    return 0;
}

现有替代方案（比如设置函数初始化模式、使用索引数组）存在弊端，特此问询是否有遗漏的可行方法，或是此类实现存在技术层面的阻碍原因。

可行解决方法 #

1. 静态变量捕获标签地址（首次调用初始化） #

在interpret函数内部用静态变量存储标签地址，首次调用函数时完成初始化，再通过全局指针或宏提供外部访问：

#include <stdio.h>

static void **FOO_ptr, **BAR_ptr, **STOP_ptr;

void interpret (void **prog) {
    static int initialized = 0;
    if (!initialized) {
        // 首次调用时捕获标签地址
        FOO_ptr = &&foo;
        BAR_ptr = &&bar;
        STOP_ptr = &&stop;
        initialized = 1;
    }

    void **pc = prog;
    if (!pc) return; // 空参数仅用于初始化
    goto **pc;
    foo: printf("Foo"); goto nextword;
    bar: printf("Bar"); goto nextword;
    nextword:
        if (*(++pc) != STOP_ptr) {
            printf(" ");
            goto **pc;
        } else printf ("\n.");
    stop: return;
}

// 用宏简化外部调用
#define FOO FOO_ptr
#define BAR BAR_ptr
#define STOP STOP_ptr

int main (int argc, char **argv) {
    // 先调用一次完成标签地址初始化
    interpret(NULL);
    void *prog[] = {FOO, BAR, FOO, BAR, BAR, FOO, STOP};
    interpret(prog);
    return 0;
}

2. 全局跳转表（函数内部填充） #

定义全局结构体存储所有标签地址，在interpret函数内部完成填充，适合指令较多的场景：

#include <stdio.h>

// 全局跳转表结构体
typedef struct {
    void **foo;
    void **bar;
    void **stop;
} VM_JumpTable;

VM_JumpTable vm_jump_table;

void interpret (void **prog) {
    // 每次调用都填充（或加静态判断只填充一次）
    vm_jump_table.foo = &&foo;
    vm_jump_table.bar = &&bar;
    vm_jump_table.stop = &&stop;

    void **pc = prog;
    if (!pc) return;
    goto **pc;
    foo: printf("Foo"); goto nextword;
    bar: printf("Bar"); goto nextword;
    nextword:
        if (*(++pc) != vm_jump_table.stop) {
            printf(" ");
            goto **pc;
        } else printf ("\n.");
    stop: return;
}

#define FOO vm_jump_table.foo
#define BAR vm_jump_table.bar
#define STOP vm_jump_table.stop

int main (int argc, char **argv) {
    interpret(NULL);
    void *prog[] = {FOO, BAR, FOO, BAR, BAR, FOO, STOP};
    interpret(prog);
    return 0;
}

技术层面的阻碍原因 #

1. 标签作用域限制：GCC的Labels as Values扩展将标签限定在函数级作用域内，编译器不会为函数内标签生成全局符号，禁止跨函数直接引用是为了避免不安全的跨栈帧跳转（比如函数执行完毕栈帧销毁后跳转）。
2. 地址初始化时机冲突：全局变量的初始化发生在程序启动阶段，此时函数代码可能还未完成内存重定位，标签的实际地址尚未确定，直接用&&foo初始化全局变量会得到无效地址。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者bobtato