链接Homebrew libc++时Boost异常无法捕获的问题排查

环境信息 #

• macOS 13
• clang++：Homebrew clang 15.0.6
• boost：Homebrew boost 1.81.0

测试代码（test.cpp） #

#include <boost/program_options.hpp>
#include <iostream>
int main(int argc, char** argv){
    namespace bpo = boost::program_options;
    bpo::options_description options("Allowed options");
    options.add_options();
    bpo::variables_map options_vm;
    try {
        bpo::store(bpo::parse_command_line(argc, argv, options), options_vm);
        bpo::notify(options_vm);
    }
    catch(boost::program_options::error &e){
        std::cerr << e.what() << std::endl;
        exit(0);
    }
}

正常编译运行情况 #

使用以下命令编译：

clang++ -isystem /usr/local/include -L/usr/local/lib -lboost_program_options test.cpp

编译后运行 ./a.out --asdf，程序能正确捕获异常并打印错误后退出。

异常情况（链接Homebrew libc++） #

由于系统自带libc不支持-D_LIBCPP_ENABLE_ASSERTIONS=1编译选项，尝试链接Homebrew版本的libc，编译命令：

clang++ -isystem /usr/local/include  -L/usr/local/opt/llvm/lib/c++ -lc++ -Wl,-rpath,/usr/local/opt/llvm/lib/c++ -L/usr/local/lib -lboost_program_options test.cpp

此时运行 ./a.out --asdf，程序崩溃并输出：

libc++abi: terminating with uncaught exception of type boost::wrapexcept<boost::program_options::unknown_option>

疑问 #

是否因为Homebrew的boost库是链接系统原生libc编译的，而不是Homebrew LLVM的libc？该如何解决这个问题？

补充尝试 #

使用--sysroot指定Homebrew LLVM路径编译：

clang++ --sysroot=/usr/local/opt/llvm -I/usr/local/include -L/usr/local/lib -lboost_program_options test.cpp

编译时报错：

In file included from test.cpp:2:
In file included from /usr/local/include/boost/program_options.hpp:15:
In file included from /usr/local/include/boost/program_options/options_description.hpp:11:
In file included from /usr/local/include/boost/program_options/config.hpp:10:
In file included from /usr/local/include/boost/config.hpp:57:
In file included from /usr/local/include/boost/config/platform/macos.hpp:28:
/usr/local/include/boost/config/detail/posix_features.hpp:18:15: fatal error: 'unistd.h' file not found
#     include <unistd.h>
              ^~~~~~~~~~
1 error generated.

原因 #

你的猜测完全正确：Homebrew官方预编译的boost库是基于系统原生libc编译的。当你用Homebrew的clang链接自家libc时，程序中同时存在两个不同版本的libc实现，导致**C标准库的ABI不兼容**——boost抛出的异常由系统libc的异常机制生成，但你的程序用Homebrew libc的逻辑去捕获，两者不匹配，catch块无法识别该异常，最终触发崩溃。

另外，--sysroot=/usr/local/opt/llvm的用法错误，Homebrew的llvm包不包含完整的macOS系统SDK头文件，所以会找不到unistd.h这类系统头文件。

解决方法 #

有两种可行方案：

方案1：使用Homebrew的boost-libcxx包（推荐） #

Homebrew提供了专门针对libc++编译的boost分支包，直接安装即可：

brew install boost-libcxx

编译程序时指定使用该版本的boost：

clang++ -isystem /usr/local/opt/boost-libcxx/include -L/usr/local/opt/boost-libcxx/lib -lboost_program_options -stdlib=libc++ -L/usr/local/opt/llvm/lib/c++ -Wl,-rpath,/usr/local/opt/llvm/lib/c++ test.cpp

方案2：从源码编译boost，指定链接Homebrew libc++ #

如果需要自定义编译参数，可手动编译boost：

1. 获取boost 1.81.0源码：可以用brew fetch --force --deps boost获取Homebrew的源码包，解压后进入源码目录
2. 在源码目录创建user-config.jam，添加以下内容：

   using clang : 15.0.6 : "/usr/local/opt/llvm/bin/clang++" :
   <cxxflags>"-stdlib=libc++ -isystem/usr/local/opt/llvm/include/c++/v1"
   <linkflags>"-L/usr/local/opt/llvm/lib/c++ -Wl,-rpath,/usr/local/opt/llvm/lib/c++" ;
   

3. 编译b2工具：

   ./bootstrap.sh --with-toolset=clang
   

4. 编译并安装boost（指定路径避免覆盖原版本）：

   ./b2 toolset=clang cxxflags="-stdlib=libc++" linkflags="-stdlib=libc++" install --prefix=/usr/local/boost-libcxx
   

5. 编译程序时使用自编译的boost：

   clang++ -isystem /usr/local/boost-libcxx/include -L/usr/local/boost-libcxx/lib -lboost_program_options -stdlib=libc++ -L/usr/local/opt/llvm/lib/c++ -Wl,-rpath,/usr/local/opt/llvm/lib/c++ test.cpp
   

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Bubaya