VC中的异常处理

在读《软件调试》的十一章时，感受到异常处理在VC中是十分重要的。以前自己写代码或者是看身边的人写的代码都很少用到异常处理，但最近在工作中会接触到老外牛人写的代码，几乎在每个关键的代码块都提供了异常处理，虽然在这些异常处理代码中只是简单的将异常的相关信息写入Event Viewer，但这已经对我们找到bug和了解系统运行情况提供了很大的帮助。于是乎我把学习这一章的心得总结出来，供大家分享。

首先我们看window为描述异常定义的数据结构 EXCEPTION_RECORD，具体如下

typedef struct _EXCEPTION_RECORD{

DWORD ExceptionCode; // 异常代码

DWORD ExceptionFlags; // 异常标志

struct _EXCEPTION_RECORD* ExceptionRecord; // 相关的另外一个异常

PVOID ExceptionAddress; // 异常发生地址

DWORD NumberParameters; // 参数数组中的元素个数

ULONG_PTR ExceptionInformation[EXCEPTION_MAXIMUM_PARAMETERS]; // 参数数组

}

其中的ExcptionCode，我们应当非常熟悉了，最常见的为EXCEPTION_ACCESS_VIOLATION, 值为0xC0000005L， 就是非法访问，我们遇到的大多数Crash问题都是来源于此。

了解了异常的结构，下面我们看异常是如何分发的：

异常分发包括用户态的异常分发和内核态的异常分发，这里只介绍用户态的异常分发。KiDispatchException是个内核函数，它是分发windows异常的枢纽，它的函数原型为KiDispatchException（IN PEXCEPTION_RECORD ExceptionRecord,

IN PKEXCEPTION_FRAME ExceptionFrame,

IN PKTRAP_FRAME TrapFrame,

IN KPPROCESSOR_MODE PreviousMode,

IN BOOLEN FirstChange)；

其中的参数ExceptionRecord指的是上面我介绍的_EXCEPTION_RECORD结构。其他的参数我就不详细介绍了，我重点介绍一下最后的一个参数FirstChange，相信使用过windbg的同学们都会发现总能看到FirstChange这个参数吧，其实异常在分发过程中最多可以分发两次，下图是摘自《软件调试》，清楚的显示了kiDispatchException的分发异常的过程。其中左侧是用户态的，右侧是内核态的。

如上图所示，当变量FirstChange为TRUE时，调用DbgkForwardException分发给调试子系统，也就是当存在调试器时，分首先分发给调试器，所以当使用windbg时我们常会发现First Change字段。如果函数DbgForwardException返回FALSE，那么就说明没有发现调试器，会调用DbgkForwardException进行第二次分发，这次分发会寻找异常的处理块，一般就是__exception{}字段的代码或是catch{}字段的代码，等一会在介绍。如果这次仍然返回FALSE，就会调用ZwTerminateThread终止当前的线程，会弹出对话框，里面包含一些异常的信息，这个也是很常见的。如果出现在内核状态，那么就直接出现蓝屏（BSOD)。

下面介绍一下结构化异常处理（SEH）和向量化异常处理（VEH）

结构化异常处理，从系统的角度来看,SEH是对windows操作系统中异常分发和处理机制的总称，其实现遍布在windows系统的很多模块和数据结构中。从编程的角度来看，SEH是一套规范，利用这套规范，程序员可以编写处理代码来复用系统的异常处理设施。可以理解为是操作系统的异常机制的对外接口，也就是如何在windows程序中使用windows系统的异常处理机制。（摘自《软件调试》291页）

结构化异常处理提供了终结处理（Termination Handling）和异常处理（Exception Handling）两种功能。以VC++为例，终结处理的结构如下

__try

{

// 被保护体

}

__finally

{

// 终结处理代码
}

终结处理的用途是只要被保护体内的代码执行了，除非是调用了ExitThread或ExitProcess，那么终结处理的代码就一定会执行。所以终结处理的这种特性，适合做资源的释放工作，包括内存的释放，避免内存泄露，以及状态的恢复，包括信号设置等，避免多线程出现死锁。

终结处理的执行过程有一点需要说明，如果被保护体内存在代码return，那意味着退出函数，这时终结块是如何被执行的呢？其实编译器会定义一个局部变量来保存return的值，然后在目标代码中出入指令调用名为__local_unwind2的局部展开函数，来进行调用finally块的代码。注：加双下划线的关键字是编译器定义的。

下面我们看异常的处理方式：

__try

{

// 被保护的代码块

}

__except( 过滤表达式）

{

// 异常处理块

}

是不是觉得眼熟，它与C++的异常处理很相似，C++的try-catch-throw结构如下：

try {
// code that could throw an exception
}
[ catch (exception-declaration) {
// code that executes when exception-declaration is thrown
// in the try block
}
[catch (exception-declaration) {
// code that handles another exception type
} ] . . . ]
// The following syntax shows a throw expression:
throw [expression]

本想将两个特点与不同详细介绍一下，但偶然间发现前辈已经总结了，它博客的地址为http://blog.csdn.net/lingqinghua/archive/2005/12/21/558182.aspx

所以SEH与C++异常的不同我就不介绍了，感兴趣的可以直接查看他的博客。

现在我们看SEH的过滤表示式，这个表达式可以是常量，条件运算符，逗号表达式或者其他的函数。但其结果必须为0，1，-1这三个值。其中EXCEPTION_CONTIONUE_SERARCH的值为0，表示本保护块不处理该异常，让系统寻找其他异常处理块。EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION的值为1，表式已经处理了该异常，让程序返回到异常发生点，继续执行。这种情况是如果该异常没有清除，可能还会发生异常。该过程存在很大的风险，因为对于实际问题，很难找到完美的异常解决方案，一旦返回异常点继续执行，再次发生异常，因此VC编译器不准返回EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION。如果强行返回，将会导致EXECPTION_NONCONTINUABLE_EXCEPTION异常。EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER的值为-1。它的含义是这是本保护块预计到的异常，当发生该异常后，会执行本块的异常代码，执行完成后会继续向下执行。所以可以在异常处理块中进行记录异常的一些信息，包括寄存器的信息。

下面我们看VEH（向量化结构处理）

VEH的基本思想是通过注册回调函数的方式来接收和处理异常。回调函数的原型为LONG CALLBACK VectoredHandler ( PEXCEPTION_POINTERS ExceptionInfo );

对应的有两个windows API函数AddVectoredExceptionHandler（ULONG FirstHandler, PVECTORD_EXCEPTION_HANDLER vectoredHandler)和RemoveVectoredExceptionHandler分别用来注册和注销回调函数。参数FirstHandler用来指定该回调函数的调用顺序, 为0表示希望最后被调用，为1表示希望最先被调用。如果注册多个回调函数，而且FirstHandler都为非零值，那么最后注册的会最先被调用。

VEH的示例可以参考《软件调试》的304页。

最后总结一下VEH与SEH的区别。

1. SEH既可以用在用户态的代码中，也可以用在内核态的代码中。但VEH只能用在用户态的代码中。VEH需要在windows XP以上的版本中使用

2. 如果同时注册了VEH和SEH，那么VEH优先处理

3. SEH的注册信息是以固定的结构存储在线程栈中的, VEH的注册信息是存储在进程的内存堆中的。这让我想到了一个问题，能够在进程的内存中手动添加VEH信息，当有异常发生时就会执行VEH的代码，这是不是可以破坏一些程序。纯属异想天开，望高人指点！

4. VEH对整个进程都有效，而SEH是动态建立在函数的栈帧上的，会随着函数的返回而被注销。

5. SEH是依赖编译器编译时生成的数据结构和代码。而VEH的注册和注销都是通过系统的API显式完成的，灵活~

谢谢，大部分都是参考的《软件调试》，仅一点点心得，希望对不是很了解的人有些帮助！