《谈谈windows核心编程系列》 结构化异常处理SEH之__finally终止处理

        结构化异常处理SEH：__finally终止处理。

 

  结构化异常处理（Structuredexception handling）简称SEH。是windows系统提供的异常处理机制。促使windows将SEH加入到windows系统的一个关键原因就是：它可以简化操作系统本身的开发工作，同时还让系统更加健壮。

我们当然也可以在我们的程序中添加SEH机制，这样我们的应用程序也可以变得更加健壮。使用SEH，我们在编写代码时可以先集中精力完成软件的正常工作流程。也就是说将软件主要功能编写和软件异常处理这两个任务分离开，最后再去处理软件可能遇到的各种错误情况。

为了实现SEH，编译器完成了很多的工作。在进入和离开异常处理代码时编译器会插入一些额外的代码，有时这会导致很大的开销。后面的文章我会介绍编译器都是做了哪些工作。

虽然不同的厂商按照不同的方式来实现SEH，但是大部分的编译厂商都遵循了microsoft的语法规则。因此本文我们将介绍Microsoft visualC++编译器规定的语法。

SEH包括两个方面的内容：终止处理和异常处理。本文我们介绍终止处理，下一篇文章将介绍异常处理。

 

终止处理

终止处理程序确保无论一个代码块是如何退出的，都能保证该终止处理程序能够被执行。其语法如下：

__try
{
   //被保护的代码。
}
__finally//终止处理。
{
   //终止处理代码。
}

注意：try和finally前都有两个下划线。

终止程序也分为两个部分：__try块为中止处理程序要保护的代码。无论程序以何种方式从该块中退出（如return、goto等语句），__finally块都会被执行。

__finally块为终止处理程序块，该块中的代码会在控制流从__try块退出后、程序结束之前被调用。一般用来执行一些清理操作，如释放资源、释放占有的互斥量等。

但是上面所说的”无论何种方式“有些绝对。因为这个世界本来就没有绝对的东西。当在try块中使用了ExitProcess、ExitThread、TerminateProcess、TerminateThread来终止线程或进程时，finally块就不会被调用。要特别注意这些例外，禁止在try块中使用这些函数。

下面通过代码给大家讲解终止处理程序的使用：

__try
{
    WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);
    if(x==false)
       return-1;
}
__finally
{
          ReleaseMutex(hMutex);
      return -2;
}
return 0;

可以看到上面的代码在try中首先等待互斥量内核对象被触发，等待成功后互斥量就属于该线程所有。如果此时执行return-1，则该线程结束，就会导致互斥量对象一直被占有的情况的发生，其他线程会一直处于等待状态。这就是所谓的资源泄漏。有了finally块的保护后，当执行return-1程序试图退出try块时，编译器会让finally块在return之前执行，同时在return（其他语句，如goto等语句也一样）语句之前插入一些代码。return的返回值会被保存在一个临时变量中。

但上面的代码程序的返回值是多少呢？是-1，还是-2呢？答案是-2。当编译器在try块中检测到return语句时，虽然会生成一些代码将返回值保存在一个临时变量中。但是由于finally块代码中也有一个return，finally块中return的值会将原来的返回值覆盖。所以函数最终返回-2。

这个过程被称为局部展开。局部展开会在系统因为try块中的代码提前退出时发生。局部展开会导致非常大的额外开销，因为编译器必须插入代码来保证finally块在程序退出之前执行。最理想的情况就是代码控制流正常的离开try块而进入到finally块中，这时的额外开销最小。在x86体系下离开try块正常进入到finally块只需要执行一条指令。

因此为了将性能开销降到最低，我们改进了上面的代码：

__try
{
      WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);
    if(x==false)
     gotoEndOfTryBlock;
   //一些代码。
  EndOfTryBlock：
}
__finally
{
   ReleaseMutex(hMutex);
    return -2;
}
return 0;

在上面改进后的代码中，当在try块中检查到错误发生时不再直接调用return强制退出。而是执行了一条goto语句到try块的末尾。执行此跳转后，控制流从try块中正常退出，直接进入到finally块中。由于没有发生局部展开，编译器不需要插入额外指令，也就没有导致额外的开销。

 

由于goto语句会破坏程序的执行流程，很多书上都再三强调禁止使用goto。其实我们也没有必要使用goto，因为microsoft提供给我们一个关键字_leave，也可以执行类似的操作。关键字_leave会导致代码执行控制流跳转到try块的末尾，从而代码将正常的从try块进入到finally块中。

下面为使用__leave关键字的改进代码：

__try
{
      WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);
    if(x==false)
    __leave
   //一些代码。
}
__finally
{
   ReleaseMutex(hMutex);
    return -2;
}
return 0;
 

本章开头曾介绍过使用SEH可以让程序员将程序正常执行流程和错误处理分开。下面我们分别展示两个例子，一个没有使用SEH，而另一个使用SEH，看下它们到底有何差别，通过比较我们也可以更好的知道SEH是如何完成上述工作的。

下面是没有使用SEH的程序：

bool fun(char* fileName)
{
      HANDLEhFile=CreateFile(....);
      if(hFile==INVALID_HANDLE_VALUE)
      {
           returnfalse;
      }
      HANDLEhFileMapping=CreateFileMapping(...);
      if(hFile==NULL)
      {
           CloseHandle(hFile);
           returnfalse;
 
      }
      char*p=MapViewOfFile(..);
      if(p==NULL)
      {
           CloseHandle(hFile);
           CloseHandle(hFileMapping);
            return false;
      }
 
      //其他工作.......
      returntrue;
}

 

相信我们很多人都写过类似上面的代码。我们可以看到，上面的代码中包含了很多错误检查和资源清理的代码。过多的错误代码检查和资源清理工作会使得代码难以阅读，同时也难以编写、修改和维护。

现在让我们来通过使用SEH机制改进上面的代码：

bool fun(char* fileName)
{
      HANDLEhFile=INVALID_HANDLE_VALUE;
      HANDLEhFileMapping=NULL;
      char*p=NULL;
      __try
      {
           hFile=CreateFile(....);
           if(hFile==INVALID_HANDLE_VALUE)
                 __leave;
            hFileMapping=CreateFileMapping(...);
           if(hFile==NULL)
                 __leave;        
           p=MapViewOfFile(..);
           if(p==NULL)
                 __leave;
      //其他代码。
      }
      __finally
      {
           if(hFile!=INVALID_HANDLE_VALUE)
                 CloseHandle(hFile);
           if(hFileMapping)
                 CloseHandle(hFileMapping);
 
      }
      returntrue;
}

从上面的代码我们可以看到代码简洁多了。清理工作放在最后执行，且能够保证能得到执行，代码看起来简洁而有序，提高了可读性也有利于以后的维护。

注意事项：前面我们介绍了两种会引起finally块执行的情形：

一：从try块正常退出，进入到finally块。

二：局部展开：从try块中提前退出，将程序控制流强制转到finally块。

除了上面的情况外，还有一种情况：全局展开，也会导致finally块被执行。关于全局展开由于涉及到异常处理的内容，我们将在下一篇文章中详细介绍！

finally的执行都是由上面三种情况之一造成的。

如果要确定到底正常进入finally还是异常退出try块退出，可以调用AbnormalTermination函数来判断：

BOOL AbnormalTermination();

注意只能在finally块中调用该函数。当返回true时，表示控制流从try块中正常进入到finally块中。返回false时，则表示控制流从try块中异常退出，通常是由于执行goto、break、return或continue语句而导致局部展开，或是try块中的代码抛出异常而引起全局展开所致。

                                                       如有纰漏，请指正！谢谢！

                                                                    2013、3、11于浙江杭州