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最近做了一个Windows下的异常处理模块,查阅了一些新的资料,结合我自己的理解,将一些点滴记录如下,希望对兄弟们有所帮助。
一、C++标准异常
也就是try、throw、catch这三个关键字。
try
{
……
throw <exception-data>
……
}
catch (<exception-declaration 1>)
{
……
}
catch (<exception-declaration 2>)
{
……
}
……
try 块中的throw会抛出一个数据<exception-data>,比如一个整数,一个字串,或是其他自定义类型的数据。这时,当前程序中止 执行,开始查找catch入口。throw抛出的数据类型与catch入口的<exception-declaration>数据类型必须匹 配,这一点类似函数调用的形参、实参匹配。一个try块可以对应多个catch块,这一点类似于函数的重载。当然,你也可以用catch (…)来接收所有可能抛出的数据。MFC提供了一些标准的抛出异常类型,如CFileException类、CDaoException类等,它们都是 CException类的派生类,使用MFC时可以了解一下,这里就不多说。
执行完catch块,程序会继续向下执行。
当 throw在本函数(或说栈的本帧)没有找到合适的catch块时,会向上一层调用函数(或说栈的上一帧)回溯,直到匹配到合适的try-catch块为 止。也就是说,try-catch块可以捕获到try块中调用(可以是多层调用)的函数中的,没被处理的异常。同时,try-catch块是可以嵌套的。
那么,有一个问题:没有try-catch块的,或查找到调用顶层(如main函数)都没有匹配上catch块的throw语句会如何执行呢?这在不同操作系统会有不同的处理,在Windows中则是由一个叫SEH的机制来处理的。
二、Windows SEH
SEH(Structured Exception Handling),即结构化异常处理,是Microsoft提供的异常处理机制。要了解这个机制,咱先来了解一下__try-__except关键字。
1. __try-__except关键字
__try
{
……
}
__except (<exception>)
{
……
}
__try- __except是Microsoft扩展出的C++关键字,__try块中出现错误或异常,一般不再用throw抛出,而是直接产生一个 EXCEPTION_POINTERS类型的异常数据,然后开始查找SEH例程入口(调试的情况除外)。首先就会找到与__try块对应的 __except块。__except的参数<exception>与catch的参数作用完全不同,也不类似于函数的参数,它主要是用于控 制后面的程序执行,为这几个值之一:
EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER(1),表示下面执行__except块内及其后面的代码
EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION(-1),表示回到抛出异常处继续向下执行
EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH(0), 表示查找下一个异常处理例程入口
Microsoft 提供两个函数GetExceptionCode(), GetExceptionInformation(),分别可以获取异常号和EXCEPTION_POINTERS类型的异常数据指针。而且这两个函数只 能在__except参数<exception>的表达式中使用。为了保证这一点,在Microsoft Visual C++(以下简称VC)中,编译器做了特殊处理,如果这两个函数没有在正确的位置,将产生编译错误。(这个感觉有点搞。)
所 以,__except一行一般会这样写:__except (ExceptFilterFunc(GetExceptionInformation())),其中ExceptFilterFunc是一个自定义的异 常处理例程,它输入一个EXCEPTION_POINTERS *类型的参数,返回EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER、EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION或 EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH。
(注:下面所提到的“异常处理例程”,不管是自定义的还是系统提供的,都是这种类型的函数,这种函数指针类型在winbase.h中被定义为LPTOP_LEVEL_EXCEPTION_FILTER。)
EXCEPTION_POINTERS结构中包含丰富的异常相关数据,主要有异常号、异常发生时寄存器的值等。
与try-catch一样,__try-__except也支持调用栈回溯,也可以嵌套,但没法重载。
另外,在VC中,还提供__try-__finally块和__leave关键字,这里不细说了,感兴趣的可以查查MSDN。
2. Windows异常处理步骤
回到上文的问题,没有匹配上catch、__except块的错误或异常将会如何处理呢?原来,包括__except块在内,SEH异常处理例程可以有多个,它们的入口地址形成一个链式结构,这个链式结构由Windows操作系统管理。
发生错误或异常后,Windows的处理顺序一般如下:
(1)中止当前程序的执行。
(2)如果程序处于被调试状态,向调试器发送EXCEPTION_DEBUG_EVENT消息。
(3) 如果程序没有被调试或者调试器未能处理异常,查找线程相关的异常处理例程(如对应__except块)并处理。如果前面查找到的例程返回 EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH,且线程有多个异常处理例程,则沿这些例程入口地址组成的链式结构逐一向后查找,请求下一个例程处 理。
(4)如果线程没有对应的异常处理例程,或线程所有例程都返回EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH,而且程序处于被调试状态,再次通知调试器。
(5)如果程序没有被调试或者调试器仍未处理异常,则进入主线程的“最终异常处理例程”链继续查找。
(6)“最终异常处理例程”链的最后是Windows默认的系统异常处理程序__CxxUnhandledExceptionFilter(),其处理通常是弹出一个异常对话框,上面显示一些异常信息,提供“关闭”、“调试”等按钮。
著 名的SetUnhandledExceptionFilter()函数就是在所谓“最终异常处理例程”链的 __CxxUnhandledExceptionFilter()之前插入一个自定义的异常处理例程,当这个例程返回 EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER时,一般会直接结束进程。
三、两种异常处理机制的比较
我能想到的一些特征的比较:
C++标准异常
SEH
局部对象析构函数
执行
局部对象有析构函数,且用__try-__exception时,编译错误
可重载
有参数类型匹配
无条件处理
可移植
C++都有,不依赖操作系统平台
只有Windows提供
程序流程控制
catch块后只能继续向下执行
EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER、EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION、
EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH三种流程控制,多个处理例程的依次处理
数据通用
各种不同的异常数据类型
统一结构的异常数据
四、VC编译参数EH
在 VC中,你可能会发现一个怪异的现象,就是try-catch块无法捕获像“除0”、“空指针访问”之类的异常。原来,在VC中一般的错误和异常都是用 SEH来处理的,不等同于throw抛出的异常。而try-catch对结构化异常的处理,是由编译参数EH来控制的。
无EH参数
EHs(EHsc)
EHa(同Ehac)
try-catch
不处理异常
只处理C++标准异常,代码优化较好
处理C++标准异常和结构化异常,代码优化较差
__try-__except(VC2005及以后)
处理C++标准异常和结构化异常
处理C++标准异常和结构化异常
处理C++标准异常和结构化异常
__try-__except(VC2003及以前)
只处理结构化异常
只处理结构化异常
只处理结构化异常
从表中可以看出,EH参数对__try-__except块的处理并无影响。
从VC2005开始,SEH也可以统一捕获和处理C++标准异常。而在VC2003及之前,C++标准异常只能由catch块来捕获。
VC2005中,EH参数默认为EHsc。
附记:关于自定义SEH异常处例程的编写,如保存内存dump,保存调用栈,使用调试相关的.pdb .map文件等,网上相关的资料很多,需要可以查询。