第24章 SEH结构化异常处理—异常处理及软件异常

Posted 2020-06-18 浅墨浓香

24.1  程序的结构

（1）try/except框架

__try{

   //被保护的代码块
       ……
}

__except（except fileter/*异常过滤程序*/）{
    //异常处理程序
}

（2）说明

　　①当__try块中的代码发生异常时，__except()中的过滤程序就被调用。

　　②过滤程序可以是一个简单的表达式或一个函数(返回值应为EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH、EXCEPT_CONTINUE_EXECUTE或EXCEPT_EXECUTE_HANDLER之一)

　　③过滤表达式中可以调用GetExceptionCode和GetExceptionInformation函数取得正在处理的异常信息。但这两个函数不能在异常处理程序中使用。

　　④与try/finally不同，try/except中可以使用return、goto、continue和break，它们并不会导致局部展开。

24.2 异常过滤程序

（1）返回值

标识	值	说明
EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER	1	执行except花括号内代码，同时执行全局展开。最后程序从except花括号后面的第一句代码继续运行。
EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH	0	向外层查找带except的try块，并调用对应的异常过滤程序。
EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTE	-1	重新执行导致异常的那条CPU指令本身。

（2）全局展开——异常过滤程序返回EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER是会执行全局执开。

　　①当某个__try块中的代码触发了异常时（也可能是__try块中调用的函数中引发异常），操作系统会从最靠近引发异常代码的地方开始从下层往上层查找__except块（这里的层是指__try块的嵌套层），对于找到的每一个__except块，会先计算它的异常过滤器，如果过滤器返回EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH，则说明此__except块不处理此类异常，需要继续往上层查找，如果某过滤器返回EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER则说明此__except块可以处理此类异常，即找到了异常的处理代码，此时停止查找，但是在执行该__except块中的异常处理代码之前，要先进行全局展开。

　　②全局展开的过程与查找__except块的过程类似，只不过这次是查找从底层向上查找__finally块，查找过程中遇到的每一个__finally块中的代码都被执行，直到查找到前面说的处理异常的__except块那一层停止，这时全局展开完成，然后执行__except块中的异常处理代码。

　　③执行完异常处理代码之后，指令流从__except块后的第一条指令开始。从这里也可以看出全局展开也是为了保证__finally语义的正确性，因为指令流从引发异常代码转到到__except异常处理代码时也导致了指令流从__try块嵌套层中所有与__finally对应的__try块中流出，由前面的__finally语义说明可知，此时必须要执行全局展开过程以包成__finally语义的正确性。

（3）停止全局展开——将return置于finally块中可阻止全局展开。【未定义行为，VC2013直接报错了！】

（4）慎用EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION

　　①尝试修复错误，出现失败的实例分析

  *pchBuffer = TEXT("J")；//C/C++语句

  //编译后的产生的机器指令
  MOV EAX,DWORD PTR[pchBuffer]
  MOV WORD PTR[EAX], ‘J‘  //导致异常的指令。当异常过滤程序捕获该异常后，修正
                          //pchBuffer，让其指向一个正确的地址。并让系统重新
                          //执行第二要CPU指令。问题在于寄存器不可能自动更新
                          //以反映变量pchBuffer的更新，于是该异常又致另一个导
                          //异常，程序陷入了死循环

　　②虚拟内存结合SEH可实现按需调拨存储器，有时能写出运行速度快和高效的应用程序（见第15章的《如何预订大块地址空间和为地址空间稀疏调拨存储器》

　　③系统为线程栈建了一个SEH框。当线程试图访问栈中尚未调拨存储器的区域时，会引发一个异常。系统内部的异常过滤程序会捕获到该异常并在内部调用VirtualAlloc为线程栈调拨更多的存储，并且返回EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION让原先抛出异常的指令重新执行下去。

【SEHAndMemory】演示虚拟内存的按需调拨

#include <windows.h>
#include <tchar.h>
#include <locale.h>

#define PAGELIMIT 80
LPBYTE lpNxtPage;
DWORD dwPages = 0;
DWORD dwPageSize;//页面大小,一般为4KB

INT PageFualtExceptionFilter(DWORD dwCode){
    LPVOID lpvResult;

    //不是非法访问内存
    if (dwCode !=EXCEPTION_ACCESS_VIOLATION){
        return EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER;//执行except块的异常处理程序代码
    }

    //当超过指定的页面数时
    if (dwPages >=PAGELIMIT){
        return EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER;//执行except块的异常处理程序代码
    }

    //非法访问内存，则为预订的空间提交下一页物理存储器
    lpvResult = VirtualAlloc((LPVOID)lpNxtPage, dwPageSize, MEM_COMMIT, PAGE_READWRITE);
    if (lpvResult == NULL){
        return EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER;//执行except块的异常处理程序代码
    }

    //提交成功
    dwPages++;
    lpNxtPage += dwPageSize;

    _tprintf(_T("第%d页提交成功！\n"), dwPages);
    return EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION; //重新执行触发异常的那条CPU指令
}

int main(){
    _tsetlocale(LC_ALL, _T("chs"));

    LPVOID lpvBase;LPTSTR lpPtr;BOOL bSuccess;
    SYSTEM_INFO sSysInfo;
    GetSystemInfo(&sSysInfo);
    dwPageSize = sSysInfo.dwPageSize;

    _tprintf(_T("CPU页面大小为%dKB.\n"), sSysInfo.dwPageSize / 1024);

    //预订存储器
    lpvBase = VirtualAlloc(NULL, PAGELIMIT*dwPageSize, MEM_RESERVE, PAGE_NOACCESS);

    lpPtr = (LPTSTR)(lpNxtPage = (LPBYTE)lpvBase);
    for (DWORD i = 0; i < PAGELIMIT*dwPageSize/sizeof(TCHAR);i++){
        __try{
            lpPtr[i] = _T(‘a‘);//写入一个字节的数据
        }
        __except (PageFualtExceptionFilter(GetExceptionCode())){
            _tprintf(_T("异常被处理\n"));
            //ExitProcess(GetLastError());
        }
    }

    bSuccess = VirtualFree(lpvBase, 0, MEM_RELEASE);
    _tprintf(_T("释放操作%s.\n"), bSuccess ? _T("成功") : _T("失败"));
    _tsystem(_T("PAUSE"));
    return 0;
}

24.3 GetExceptionCode

（1）GetExceptionCode是个内联函数，其代码直接嵌入到被调用的地方（注意与函数调用的区别），它的返回值表明刚刚发生的异常的类型（定义在WinBase.h中，如EXCEPTION_ACCESS_VIOLATION）

（2）该函数只能在异常过滤程序里（即__except之后的小括号内）或者异常处理程序的代码里调用（__except块后面的花括号内），但不能在异常过滤函数中使用。

//合法代码 __try{      y = 0;      x = / y; } __except ((GetExceptionCode() == EXCEPTION_INT_DIVIDE_BY_ZERO) ?        EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER : EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH){ //在__except块的小括内使用，合法      switch (GetExceptionCode()){ //__except块的花括中使用，合法！       ......      } }

//非法代码 LONG MyFilter(void){} {      //在异常过滤函数中使用GetExceptionCode，不合法！      return ((GetExceptionCode() == EXCEPTION_INT_DIVIDE_BY_ZERO) ?          EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER : EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH); }   __try{      y = 0;      x = 4 / y; } __except（MyFilter()）{ //可改成将GetExceptionCode作为参数传给MyFilter的形式。     //处理异常 }

（3）异常错误代码的规则

位	31-30	29	28	27-16	15-0
内容	严重性	Microsoft/ Customer	保留位	设备代码	异常代码
含义	0=Success 1=Informational 2=Warning 3=error	0=Mircosoft所定义的代码 1=Customer所定义的代码	一直为0	前256个值为Micorsoft所保留。（如FACILITY_NULL(0)表示该异常可以在系统任何设备出现，并不只发生在一些特定的设备上）	由Microsoft/ Customer所定义的代码

24.4 GetExceptionInformation

（1）GetExceptionInformation可获取异常发生时，系统向发生异常的线程栈中压入的EXCEPTION_RECORD、CONTEXT和EXCEPTION_POINTERS结构中的异常信息或CPU有关的信息

（2）这个函数只能在异常过滤程序中调用（即__except块的小括号），因为EXCEPT_RECORD、CONTEXT和EXCEPTION_POINTER数据结构只有在系统计算异常过滤程序时才有效。一旦控制流被转移到其他地方，这些栈上的数据结构会被销毁。但我们可以自己保存他们，以备后用。

//保存栈中异常信息的方法
void FuncSkunk(){
    //声明一些可以保存异常信息的结构体，须在try块外面声明
    EXCEPTION_RECORD SavedExceptRec;
    CONTEXT          SavedContext;
 
    __try{
 
    }
    __except ( //注意逗号表达式，取最后一个表达式为整个表达式的值。
        SavedExceptRec = *(GetExceptionInformation())->ExceptionRecord,
        SavedContext = *(GetExceptionInformation())->ContextRecord,
        EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER){
        //异常处理
    }
}

（3）EXCEPTION_RECORD结构体——刚发生的异常的详细信息

字段	说明
DWORD ExceptionCode	异常代码，就是GetExceptionCode函数的返回值
DWORD ExceptionFlags	异常标志 0—表示继续的异常；EXCEPTION_NONCONTINUABLE—不可继续的异常，如果程序试图在一个不可继续的异常之后继续执行，会引发EXCEPTION_NONCONTINUABLE_EXCEPTION异常。
PEXCEPTION_RECORD pExceptionRecord	指向另一个未处理异常的EXCEPTION_RECORD结构。（即嵌套异常发生时，异常会形成异常链）
PVOID ExceptionAddress	导致异常的CPU指令的地址
DWORD NumberParameters	ExceptionInformation数组里元素的个数。对绝大部分的异常来说，这个值为0。
ULONG_PTR ExceptionInformation [EXCEPTION_MAXIMUM_PARAMETERS]	描述异常的附加参数数组，对绝大部分的异常来说，这个数组元素都未定义。

24.5 软件异常——RaiseException函数

参数	说明
DWORD dwExceptionCode	要抛出异常的标识符，可参考《异常错误代码规则》来编写
DWORD dwExceptionFlags	必须下列两者之一 0： EXCEPTION_NONCONTINUABLE：异常不可继续，即不能再异常过滤程序中返回EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTE，否则重新执行那条导致错误的CPU指令会继续抛出一个新的EXCEPTION_NONCONTINUABLE_EXCEPTION异常。
DWORD nNumberOfArguments	用来传递有关抛出异常的附加信息。一般不需要。可将nNumberOfArgument设为0。pArguments设为NULL。
Const ULONG_PTR* pArguments
返回值	void

 【RaiseException程序】——演示自己抛出的软件异常

#include <tchar.h>
#include <windows.h>

DWORD FilterFunction(){
    _tprintf(_T("1")); //第1句被输出的语句
    return EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER;
}

int main(){
    __try{
        __try{
            RaiseException(1, 0, 0, NULL);
        }
        __finally{
            _tprintf(_T("2")); //第2句被输出的语句
        }
    }
    __except (FilterFunction()){
        _tprintf(_T("3\n")); //第3句被输出的语句
    }
    _tsystem(_T("PAUSE"));
    return 0;
}