从TEB到PEB再到SEH(二)

什么是SEH?

SEH( Structured Exception Handling , 结构化异常处理 )

结构化异常处理(SEH)是Windows操作系统提供的强大异常处理功能。而Visual C++中的__try{}/__finally{}和__try{}/__except{}结构本质上是对Windows提供的SEH的封装

我们知道SEH是基于线程的异常处理,我们利用 __try{}/__except{}来模拟一下SEH的异常处理:

在这里可以看到我们把EAX的值置为空指针,然后向空指针里写入值,引发 STATUS_ACCESS_VIOLATION(内存访问异常) ,然后在异常处理里面把
EAX的值设置为 变量dwTest的地址,然后返回 EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION 表示异常被处理,从异常处继续执行,这里是MSDN
对于异常处理( Exception Handling )返回值的定义:
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#define EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER       1        //表示异常被处理,从下一条指令开始执行
#define EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH       0        //表示异常未被处理,交由下一个SEH
#define EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION    -1    //表示异常被处理,从异常处开始执行
对于上面这段定义,很多人给出的注释不同,以上注释是我对他们的实验结果和理解。
 

Windows下各种异常处理的优先级 

平时我们听说过很多异常处理术语:VEH SEH VCH UEF等等,下面我们用实验整理它们先后的处理顺序;
  • VEH(向量化异常处理,最顶端的异常处理)
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PVOID WINAPI AddVectoredExceptionHandler(
  _In_  ULONG FirstHandler,
  _In_  PVECTORED_EXCEPTION_HANDLER VectoredHandler
);

向进程里注册一个异常捕获函数,参数FirstHandler 决定插入到链表的位置(非0为头部,0为底部),异常处理中最先执行

  • VCH(同上,最低端 的异常处理 )
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PVOID WINAPI AddVectoredContinueHandler(
  _In_  ULONG FirstHandler,
  _In_  PVECTORED_EXCEPTION_HANDLER VectoredHandler
);

向进程里注册一个异常捕获函数,参数FirstHandler 决定插入到链表的位置(非0为头部, 0为底部 ) ,异常处理中最后执行

  • SEH(结构化异常处理,基于线程栈的异常处理)

SEH是基于线程的异常处理,因为SEH链指针是在TEB(线程信息块)的第一个结构体成员(NT_TIB)的头部:fs:[0]

  • UEF(TopLevelEH,顶级异常处理)
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LPTOP_LEVEL_EXCEPTION_FILTER WINAPI SetUnhandledExceptionFilter(
  _In_ LPTOP_LEVEL_EXCEPTION_FILTER lpTopLevelExceptionFilter
);
TopLevelEH 为线程顶级异常处理器,通常可以处理到所有线程消息发生的异常。
 
这里我们可以发现以上异常处理回调函数参数大都为 EXCEPTION_POINTERS 结构体,我们查询下它的结构:
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typedef struct _EXCEPTION_POINTERS {
    PEXCEPTION_RECORD ExceptionRecord;
    PCONTEXT ContextRecord;
} EXCEPTION_POINTERS, *PEXCEPTION_POINTERS;
EXCEPTION_RECORD:
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typedef struct _EXCEPTION_RECORD {
    DWORD    ExceptionCode;          //异常码,以STATUS_或EXCEPTION_开头,可自定义。(sehdef.inc)
    DWORD ExceptionFlags;            //异常标志。0可修复;1不可修复;2正在展开,不要试图修复
    struct _EXCEPTION_RECORD *ExceptionRecord; //指向嵌套的异常结构,通常是异常中又引发异常
    PVOID ExceptionAddress;          //异常发生的地址
    DWORD NumberParameters;      //下面ExceptionInformation所含有的dword数目
    ULONG_PTR ExceptionInformation[EXCEPTION_MAXIMUM_PARAMETERS]; //附加消息,如读或写冲突
} EXCEPTION_RECORD;
CONTEXT:
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typedef struct _CONTEXT {
 
    //
    // The flags values within this flag control the contents of
    // a CONTEXT record.
    //
    // If the context record is used as an input parameter, then
    // for each portion of the context record controlled by a flag
    // whose value is set, it is assumed that that portion of the
    // context record contains valid context. If the context record
    // is being used to modify a threads context, then only that
    // portion of the threads context will be modified.
    //
    // If the context record is used as an IN OUT parameter to capture
    // the context of a thread, then only those portions of the thread's
    // context corresponding to set flags will be returned.
    //
    // The context record is never used as an OUT only parameter.
    //
 
    DWORD ContextFlags;
 
    //
    // This section is specified/returned if CONTEXT_DEBUG_REGISTERS is
    // set in ContextFlags.  Note that CONTEXT_DEBUG_REGISTERS is NOT
    // included in CONTEXT_FULL.
    //
 
    DWORD   Dr0;
    DWORD   Dr1;
    DWORD   Dr2;
    DWORD   Dr3;
    DWORD   Dr6;
    DWORD   Dr7;
 
    //
    // This section is specified/returned if the
    // ContextFlags word contians the flag CONTEXT_FLOATING_POINT.
    //
 
    FLOATING_SAVE_AREA FloatSave;
 
    //
    // This section is specified/returned if the
    // ContextFlags word contians the flag CONTEXT_SEGMENTS.
    //
 
    DWORD   SegGs;
    DWORD   SegFs;
    DWORD   SegEs;
    DWORD   SegDs;
 
    //
    // This section is specified/returned if the
    // ContextFlags word contians the flag CONTEXT_INTEGER.
    //
 
    DWORD   Edi;
    DWORD   Esi;
    DWORD   Ebx;
    DWORD   Edx;
    DWORD   Ecx;
    DWORD   Eax;
 
    //
    // This section is specified/returned if the
    // ContextFlags word contians the flag CONTEXT_CONTROL.
    //
 
    DWORD   Ebp;
    DWORD   Eip;
    DWORD   SegCs;              // MUST BE SANITIZED
    DWORD   EFlags;             // MUST BE SANITIZED
    DWORD   Esp;
    DWORD   SegSs;
 
    //
    // This section is specified/returned if the ContextFlags word
    // contains the flag CONTEXT_EXTENDED_REGISTERS.
    // The format and contexts are processor specific
    //
 
    BYTE    ExtendedRegisters[MAXIMUM_SUPPORTED_EXTENSION];
 
} CONTEXT;
CONTEXT结构体大家应该都懂!
下面我们简单的写一个Demo,试验一下他们的处理顺序:
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// SEHTest.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//
 
#include "stdafx.h"
//
#include <windows.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
//
LONG __stdcall VEHandler(
    EXCEPTION_POINTERS *ExceptionInfo
    )
{
    printf("VEHandler\n");
    return EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH;
}
 
LONG __stdcall VCHandler(
    EXCEPTION_POINTERS *ExceptionInfo
    )
{
    printf("VCHandler\n");
    ExceptionInfo->ContextRecord->Eip++;
    return EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION;
}
 
//
LONG NTAPI TopLevelExcepFilter(EXCEPTION_POINTERS *pExcepInfo)
{
    printf("TopLevelEHandler\n");
    return EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION;
}
//
LONG NTAPI SEHander(EXCEPTION_POINTERS *ExceptionInfo){
    //异常处理
    printf("SEHandler\n");
 
    return EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH;
}
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    AddVectoredExceptionHandler(0,VEHandler);
    AddVectoredContinueHandler(0,VCHandler);
    SetUnhandledExceptionFilter(&TopLevelExcepFilter);
    __try
    {
        __asm int 3
    }
    __except (SEHander(GetExceptionInformation()))
    {
    }
    system("Pause");
    return 0;
}
我们分别注册了VEH、VCH、 TopLevalEH 、SEH,我们看下结果:
他们处理异常的优先级为:
  1. 调试器
  2. VEH
  3. SEH
  4. UEF
  5. VCH
为什么调试器在第一个呢?因为我们发现在VS里面调试直接接管了异常。(/手动滑稽)
 

认识SEH链及处理机机制

我们上一章发现SEH链表位于结构体 NT_TIB 的第一个结构体成员,而结构体 NT_TIB 也位于TEB的第一个结构体成员,一句话而言SEH链表
指针位于寄存器 FS : [ 0 ] 的位置:
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ntdll!_TEB
   +0x000 NtTib            : _NT_TIB                //SEH链表头指针
   +0x01c EnvironmentPointer : Ptr32 Void
   +0x020 ClientId         : _CLIENT_ID
   +0x028 ActiveRpcHandle  : Ptr32 Void
   +0x02c ThreadLocalStoragePointer : Ptr32 Void
   +0x030 ProcessEnvironmentBlock : Ptr32 _PEB
   +0x034 LastErrorValue   : Uint4B
   +0x038 CountOfOwnedCriticalSections : Uint4B
   +0x03c CsrClientThread  : Ptr32 Void
   +0x040 Win32ThreadInfo  : Ptr32 Void
   +0x044 User32Reserved   : [26] Uint4B
   +0x0ac UserReserved     : [5] Uint4B
   +0x0c0 WOW32Reserved    : Ptr32 Void
   +0x0c4 CurrentLocale    : Uint4B
   +0x0c8 FpSoftwareStatusRegister : Uint4B
   +0x0cc SystemReserved1  : [54] Ptr32 Void
   +0x1a4 ExceptionCode    : Int4B
   +0x1a8 ActivationContextStack : _ACTIVATION_CONTEXT_STACK
   +0x1bc SpareBytes1      : [24] UChar
   +0x1d4 GdiTebBatch      : _GDI_TEB_BATCH
   +0x6b4 RealClientId     : _CLIENT_ID
   +0x6bc GdiCachedProcessHandle : Ptr32 Void
   +0x6c0 GdiClientPID     : Uint4B
   +0x6c4 GdiClientTID     : Uint4B
   +0x6c8 GdiThreadLocalInfo : Ptr32 Void
   +0x6cc Win32ClientInfo  : [62] Uint4B
   +0x7c4 glDispatchTable  : [233] Ptr32 Void
   +0xb68 glReserved1      : [29] Uint4B
   +0xbdc glReserved2      : Ptr32 Void
   +0xbe0 glSectionInfo    : Ptr32 Void
   +0xbe4 glSection        : Ptr32 Void
   +0xbe8 glTable          : Ptr32 Void
   +0xbec glCurrentRC      : Ptr32 Void
   +0xbf0 glContext        : Ptr32 Void
   +0xbf4 LastStatusValue  : Uint4B
   +0xbf8 StaticUnicodeString : _UNICODE_STRING
   +0xc00 StaticUnicodeBuffer : [261] Uint2B
   +0xe0c DeallocationStack : Ptr32 Void
   +0xe10 TlsSlots         : [64] Ptr32 Void
   +0xf10 TlsLinks         : _LIST_ENTRY
   +0xf18 Vdm              : Ptr32 Void
   +0xf1c ReservedForNtRpc : Ptr32 Void
   +0xf20 DbgSsReserved    : [2] Ptr32 Void
   +0xf28 HardErrorsAreDisabled : Uint4B
   +0xf2c Instrumentation  : [16] Ptr32 Void
   +0xf6c WinSockData      : Ptr32 Void
   +0xf70 GdiBatchCount    : Uint4B
   +0xf74 InDbgPrint       : UChar
   +0xf75 FreeStackOnTermination : UChar
   +0xf76 HasFiberData     : UChar
   +0xf77 IdealProcessor   : UChar
   +0xf78 Spare3           : Uint4B
   +0xf7c ReservedForPerf  : Ptr32 Void
   +0xf80 ReservedForOle   : Ptr32 Void
   +0xf84 WaitingOnLoaderLock : Uint4B
   +0xf88 Wx86Thread       : _Wx86ThreadState
   +0xf94 TlsExpansionSlots : Ptr32 Ptr32 Void
   +0xf98 ImpersonationLocale : Uint4B
   +0xf9c IsImpersonating  : Uint4B
   +0xfa0 NlsCache         : Ptr32 Void
   +0xfa4 pShimData        : Ptr32 Void
   +0xfa8 HeapVirtualAffinity : Uint4B
   +0xfac CurrentTransactionHandle : Ptr32 Void
   +0xfb0 ActiveFrame      : Ptr32 _TEB_ACTIVE_FRAME
   +0xfb4 SafeThunkCall    : UChar
   +0xfb5 BooleanSpare     : [3] UChar
我们直接访问 FS:[0] 即为TIB的结构体地址:
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typedef struct _NT_TIB {
    struct _EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD *ExceptionList;
    PVOID StackBase;
    PVOID StackLimit;
    PVOID SubSystemTib;
#if defined(_MSC_EXTENSIONS)
    union {
        PVOID FiberData;
        DWORD Version;
    };
#else
    PVOID FiberData;
#endif
    PVOID ArbitraryUserPointer;
    struct _NT_TIB *Self;
} NT_TIB;
typedef NT_TIB *PNT_TIB;
如上述代码所示 结构体成员 ExceptionList 即为SEH链的头部指针 
So、 fs:[0]即为SEH链的指针,我们接着看对于SEH链的定义:
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typedef struct _EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD {
    struct _EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD *Next;
    PEXCEPTION_ROUTINE Handler;
} EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD;
第一个成员 Next 为指向下一个链表的指针,直到遇到 0xFFFFFFFF 结束,而结构体成员 Handler 为SEH的异常处理函数指针,我们接着看它对于
SEH异常处理函数 EXCEPTION_ROUTINE 的定义:
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typedef
_IRQL_requires_same_
_Function_class_(EXCEPTION_ROUTINE)
EXCEPTION_DISPOSITION
NTAPI
EXCEPTION_ROUTINE (
    _Inout_ struct _EXCEPTION_RECORD *ExceptionRecord,
    _In_ PVOID EstablisherFrame,
    _Inout_ struct _CONTEXT *ContextRecord,
    _In_ PVOID DispatcherContext
    );
可以看到它对于SEH定义了以 EXCEPTION_DISPOSITION 为返回值的回调函数,我们接着查看它们的定义:
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typedef enum _EXCEPTION_DISPOSITION {
    ExceptionContinueExecution,        //继续执行异常代码
    ExceptionContinueSearch,            //运行下一个异常处理器
    ExceptionNestedException,           //在OS内部使用
    ExceptionCollidedUnwind             //在OS内部使用
} EXCEPTION_DISPOSITION;
接着我们整理下它的异常处理过程:

从上图可以明白 SEH接收到异常然后处理,处理失败返回 ExceptionContinueSearch(1) 继续运行下一个Handler处理,直到返回
ExceptionContinueSearch(0),若是一直处理不了直到遇到0xFFFFFFFF 把异常交给UEF处理。

 

SEH的注册及SEH的删除

通过上述的整理就可以知道,SEH的异常处理的定义为:
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EXCEPTION_DISPOSITION NTAPI _except_handler(
    _Inout_ struct _EXCEPTION_RECORD *ExceptionRecord,    //指向包含异常信息的EXCEPTION_RECORD结构
    _In_ PVOID EstablisherFrame,        //指向该异常相关的EXCEPTION_REGISTRATION结构
    _Inout_ struct _CONTEXT *ContextRecord,    //指向线程环境CONTEXT结构的指针
    _In_ PVOID DispatcherContext)

现在要来谈SEH的注册了,我们的操作为:

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push @_except_handler    ;异常处理器
push dwod ptr fs:[0]     ;取出 SEH链表头
mov dwod ptr fs:[0],esp  ;添加链表
 
卸载SEH:
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pop dword ptr fs:[0]    ;还原链表头
add esp,4    ;删除 异常处理器
这些操作很简单,很多前辈们帖子里都有,代码可能不一样,反正是一个意思就行。
 

 异常的种类和常见的异常代码 

这里是MSDN中定义的异常代码:

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/*lint -save -e767 */  
#define STATUS_WAIT_0                           ((DWORD   )0x00000000L) 
#define STATUS_ABANDONED_WAIT_0          ((DWORD   )0x00000080L)    
#define STATUS_USER_APC                  ((DWORD   )0x000000C0L)    
#define STATUS_TIMEOUT                   ((DWORD   )0x00000102L)    
#define STATUS_PENDING                   ((DWORD   )0x00000103L)    
#define DBG_EXCEPTION_HANDLED            ((DWORD   )0x00010001L)    
#define DBG_CONTINUE                     ((DWORD   )0x00010002L)    
#define STATUS_SEGMENT_NOTIFICATION      ((DWORD   )0x40000005L)    
#define STATUS_FATAL_APP_EXIT            ((DWORD   )0x40000015L)    
#define DBG_TERMINATE_THREAD             ((DWORD   )0x40010003L)    
#define DBG_TERMINATE_PROCESS            ((DWORD   )0x40010004L)    
#define DBG_CONTROL_C                    ((DWORD   )0x40010005L)    
#define DBG_PRINTEXCEPTION_C             ((DWORD   )0x40010006L)    
#define DBG_RIPEXCEPTION                 ((DWORD   )0x40010007L)    
#define DBG_CONTROL_BREAK                ((DWORD   )0x40010008L)    
#define DBG_COMMAND_EXCEPTION            ((DWORD   )0x40010009L)    
#define STATUS_GUARD_PAGE_VIOLATION      ((DWORD   )0x80000001L)    
#define STATUS_DATATYPE_MISALIGNMENT     ((DWORD   )0x80000002L)    
#define STATUS_BREAKPOINT                ((DWORD   )0x80000003L)    
#define STATUS_SINGLE_STEP               ((DWORD   )0x80000004L)    
#define STATUS_LONGJUMP                  ((DWORD   )0x80000026L)    
#define STATUS_UNWIND_CONSOLIDATE        ((DWORD   )0x80000029L)    
#define DBG_EXCEPTION_NOT_HANDLED        ((DWORD   )0x80010001L)    
#define STATUS_ACCESS_VIOLATION          ((DWORD   )0xC0000005L)    
#define STATUS_IN_PAGE_ERROR             ((DWORD   )0xC0000006L)    
#define STATUS_INVALID_HANDLE            ((DWORD   )0xC0000008L)    
#define STATUS_INVALID_PARAMETER         ((DWORD   )0xC000000DL)    
#define STATUS_NO_MEMORY                 ((DWORD   )0xC0000017L)    
#define STATUS_ILLEGAL_INSTRUCTION       ((DWORD   )0xC000001DL)    
#define STATUS_NONCONTINUABLE_EXCEPTION  ((DWORD   )0xC0000025L)    
#define STATUS_INVALID_DISPOSITION       ((DWORD   )0xC0000026L)    
#define STATUS_ARRAY_BOUNDS_EXCEEDED     ((DWORD   )0xC000008CL)    
#define STATUS_FLOAT_DENORMAL_OPERAND    ((DWORD   )0xC000008DL)    
#define STATUS_FLOAT_DIVIDE_BY_ZERO      ((DWORD   )0xC000008EL)    
#define STATUS_FLOAT_INEXACT_RESULT      ((DWORD   )0xC000008FL)    
#define STATUS_FLOAT_INVALID_OPERATION   ((DWORD   )0xC0000090L)    
#define STATUS_FLOAT_OVERFLOW            ((DWORD   )0xC0000091L)    
#define STATUS_FLOAT_STACK_CHECK         ((DWORD   )0xC0000092L)    
#define STATUS_FLOAT_UNDERFLOW           ((DWORD   )0xC0000093L)    
#define STATUS_INTEGER_DIVIDE_BY_ZERO    ((DWORD   )0xC0000094L)    
#define STATUS_INTEGER_OVERFLOW          ((DWORD   )0xC0000095L)    
#define STATUS_PRIVILEGED_INSTRUCTION    ((DWORD   )0xC0000096L)    
#define STATUS_STACK_OVERFLOW            ((DWORD   )0xC00000FDL)    
#define STATUS_DLL_NOT_FOUND             ((DWORD   )0xC0000135L)    
#define STATUS_ORDINAL_NOT_FOUND         ((DWORD   )0xC0000138L)    
#define STATUS_ENTRYPOINT_NOT_FOUND      ((DWORD   )0xC0000139L)    
#define STATUS_CONTROL_C_EXIT            ((DWORD   )0xC000013AL)    
#define STATUS_DLL_INIT_FAILED           ((DWORD   )0xC0000142L)    
#define STATUS_FLOAT_MULTIPLE_FAULTS     ((DWORD   )0xC00002B4L)    
#define STATUS_FLOAT_MULTIPLE_TRAPS      ((DWORD   )0xC00002B5L)    
#define STATUS_REG_NAT_CONSUMPTION       ((DWORD   )0xC00002C9L)    
#define STATUS_HEAP_CORRUPTION           ((DWORD   )0xC0000374L)    
#define STATUS_STACK_BUFFER_OVERRUN      ((DWORD   )0xC0000409L)    
#define STATUS_INVALID_CRUNTIME_PARAMETER ((DWORD   )0xC0000417L)    
#define STATUS_ASSERTION_FAILURE         ((DWORD   )0xC0000420L)    
#if defined(STATUS_SUCCESS) || (_WIN32_WINNT > 0x0500) || (_WIN32_FUSION >= 0x0100) 
#define STATUS_SXS_EARLY_DEACTIVATION    ((DWORD   )0xC015000FL)    
#define STATUS_SXS_INVALID_DEACTIVATION  ((DWORD   )0xC0150010L)    
#endif 
/*lint -restore */ 
下面我们举例几个常用到的异常代码:

STATUS_ACCESS_VIOLATION(0xC0000005)

非法访问异常,试图访问不存在、没有访问权限,或是试图向没有写入权限的地址或是向内核区域写入发生的异常。

STATUS_BREAKPOINT(0x80000003)

断点异常,这个不用提了吧,就是我们常说的INT 3(0xCC)断点

STATUS_ILLEGAL_INSTRUCTION(0xC000001D)

CPU遇到无法解析的指令时发生该异常

STATUS_INTEGER_DIVIDE_BY_ZERO(0xC0000094)

除法中,分母为0时发生的异常

STATUS_SINGLE_STEP

单步调试异常,在EFlag寄存器把TF标志位置1发生的单步调试异常。

除此之外,也有很多平时可以遇到的,我只是举例了几个简单的。

 

SEH的异常处理

我这里就随便写个Demo了:
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// SEHList.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//
 
#include "stdafx.h"
//
#include <windows.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
DWORD dwTest;
EXCEPTION_DISPOSITION NTAPI ExceptHandler(
    _Inout_ struct _EXCEPTION_RECORD *ExceptionRecord,
    _In_ PVOID EstablisherFrame,
    _Inout_ struct _CONTEXT *ContextRecord,
    _In_ PVOID DispatcherContext){
    printf("进入异常处理\n");
    printf("异常地址:%X<异常代码:%X>\n", ExceptionRecord->ExceptionAddress,
        ExceptionRecord->ExceptionCode);
    ContextRecord->Eax = (DWORD)(&dwTest);
    return ExceptionContinueExecution;
}
 
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    printf("注册SEH\n");
    __asm{
        lea eax, ExceptHandler
            push eax
            push fs : [0]
            mov dword ptr fs : [0], ESP
    }
    __asm{
        xor eax,eax
            mov dword ptr[eax],1234h
    }
    printf("删除SEH\n");
    __asm{
        pop dword ptr fs : [0]
            add esp, 4
    }
    printf("dwTest=%X\n", dwTest);
    getchar();
    return 0;
}
运行结果:

 转自https://bbs.pediy.com/thread-223939.htm

posted on 2019-11-13 16:37  活着的虫子  阅读(908)  评论(0编辑  收藏  举报

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