Windows异常处理机制介绍

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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。