第25章 SEH结构化异常处理_未处理异常及向量化异常

25.1 UnhandledExceptionFilter函数详解

25.1.1 BaseProcessStart伪代码（Kernel32内部）

void BaseProcessStart(PVOID lpfnEntryPoint) //参数为线程函数的入口地址
{
     DWORD retValue;
     DWORD currentESP;
     DWORD exceptionCode;
     currentESP = ESP; 

     //lpfnEntryPoint被try/except封装着，这是系统安装的默认的异常处理程序，也是SEH链上最后一个异常处理程序
     __try
     {
         NtSetInformationThread(GetCurrentThread(),
                                    ThreadQuerySetWin32StartAddress,
                                    &lpfnEntryPoint,
                                    sizeof(lpfnEntryPoint));

         retValue = lpfnEntryPoint();
         ExitThread(retValue); //如果异常，线程从这里退出！
     }
     __except (   //过滤器表达式代码
                exceptionCode = GetExceptionInformation(),
                UnhandledExceptionFilter(GetExceptionInformation())) //出现异常会调用Unhandled...这个函数，该函数内部会调用
                                                                     //用户通过SetUnhandledFilter设置的全局异常处理函数。                     
     {
         //如果UnhandledExceptionFilter返回EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER，则会控制流会执行到这里
         ESP = currentESP;

         if (!_BaseRunningInServerProcess) //普通进程，则退出进程
              ExitProcess(exceptionCode);
         else // 线程是作为服务来运行的，只退出线程并不终止整个服务
              ExitThread(exceptionCode);
     }
}

（1）如果异常过滤程序返回EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH时，系统会继续向外层寻找异常过滤程序。但如果每个异常过滤程序都返回EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH时，会未到遇处理异常。

（2）调用SetUnhandledExceptionFilter安装用户提供的全局（顶层）异常过滤回调函数（为所有线程共享）。如果顶层异常回调函数返回EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER或EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH则直接传递给UnhandledExceptionFilter函数，UnhandledExceptionFilter根据这个返回值判断是终止进程还是重新执行异常代码。如果顶层异常回调函数返回EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH，则接下来的要发生的事情就比较复杂（可参考后面的《UnhandledExceptionFilter内部工作流程》）

（3）SetUnhandledExceptionFilter返回值为上次安装的异常过滤程序的地址。如果使用C/C++运行库，则会默认安装一个__CxxUnhandledExceptionFilter过滤程序。该函数首先检查异常是不是C++异常，如果是则在结束时执行abort函数（该函数内部调用了UnhandledExceptionFilter函数，注意这可能会造成循环调用，因为UnhandledExceptionFilter内部调用了我们安装的全局异常过滤函数_CxxUnhandledExceptionFilter，而这个函数的内部又调用UnhandledExceptionFilter，为了防止无限递归调用，_CxxUnhandledExceptionFilter在调用UnhandledExceptionFilter之前会调用SetUnhandledExceptionFilter(NULL)）。如果不是C++异常则返回EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH。所以当我们调用SetUnhandled*函数，返回的地址为_CxxUnhandledExceptionFilter的地址。

（4）注意，在我们的顶层异常过滤函数里，在返回EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH前，不应调用之前的全局异常过滤函数（即我们通过SetUnhandledExceptionFilter的返回值取得的那个函数）。因为如果这个函数是在某个动态库里，那它随时都可能被卸载了。

（5）如果SetUnhandledExceptionFilter(NULL)，则取消我们设置的全局异常过滤函数。

【UnhandledExceptionFilter程序】演示设置顶层异常过滤函数

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

LONG WINAPI MyUnhandledExceptionFilter(
struct _EXCEPTION_POINTERS *lpTopLevelExceptionFilter)
{
    _tprintf(_T("发生未处理异常\n"));
    _tsystem(_T("PAUSE"));
    return EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER; //这样返回，进程将被终止。
}

int _tmain()
{
    SetUnhandledExceptionFilter(MyUnhandledExceptionFilter); //安装用户自定义的未处理异常

    _tsetlocale(LC_ALL, _T("chs"));
    __try{
        //SetErrorMode(SEM_NOGPFAULTERRORBOX);

        *(int*)0 = 5;//引发异常
    }
    __except (EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH){ //这里返回EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH,异常就会到达MyUnhandled*
        
    }
    
    _tsystem(_T("PAUSE"));//这行不会被执行！
    return 0;
}

25.1.2 UnhandledExceptionFilter内部工作流程

　　①判断是否因为对资源进行写入操作引发的异常。如果是，将资源的只读属性改为可写入，并返回EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION以允许失败的指令再次执行。

　　②确定进程是否被调试。如果被调试，就返回EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH给调试器，通知调试器定位异常指令，并告知我们出了什么样的异常。

　　③调用我们设置的顶层异常过滤函数（如果存在的话）。如果顶层过滤函数返回EXCEPT_EXECUTE_HANDLER或EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION，将直接传递给UnhandledExceptionFilter，由它将返回值给系统。如果返回EXCEPT_CONTINUE_SEARCH，则跳到第④步。

　　④再次将未处理异常报告给调试器

　　⑤终止进程：如果线程调用SetErrorMode并设置SEM_NOGPFAULTERRORBOX标志，那么UnhandledExceptFilter会返回EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER，在未处理异常的情况下进行全局展开并执行未执行的finally块，然后进程终止。

如果没有调用SetErrorMode函数，UnhandledExceptionFilter会返回EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH。于是系统内核得到程序控制，它将通过ALPC（高级本地过程调用）机制将异常通知给WerSvc（Windows错误报告专用服务），然后ALPC先阻塞自己的线程，直到WerSvc执行完毕。

　　⑥UnhandledExceptionFilter与WER的交互

      

当WerSvc接到通知时，会先调用CreateProcess来启动WerFault.exe，然后 WerSvc会等待这个新进程的结束。而WerFault.exe会向我们创建上面的两个对话框以报告错误的发生。当第1个对话框出现时，可以选择“取消”来终止我们的应用程序，否则过一会儿，会弹出第2个对话框，如果我们选择“关闭程序”，则WerFault.exe会调用TerminateProcess来结束我们的应用程序。如果选择“调试”，WerFault.exe会创建一个子进程（调试器），让他附着在出错的程序上进行“即时调试”

25.2 即时调试

（1）默认调试器：HKLM\SOFTWARE\Microsoft\Windows NT\CurrentVersion\AeDebug子项下有一个名为Debugger的值，系统通过个值找到调试器。

（2）WerFault.exe会给这个调试器传入两个参数：要调试的进程ID和继承过来的事件句柄（这个句柄由WerSvc服务创建用于通知被调试进程调试也结束）

（3）通过将调试器附着到被调试进程，可以查看全局、局部和静态变量的值，也可以设置断点，检查函数调用树等调试工作。

【Spreadsheet程序】通过SEH向预订的地址空间稀疏调拨存储器

 

25.3 向量化异常和继续处理程序

25.3.1向量化异常（vectored exception handing，VEH）——在SEH前被调用

　　①对于多层嵌套的SEH来说，外层的__try_except语句块可能没有机会处理被内层嵌套拦截的异常。对于一般软件来说，这不是太大的问题，但是当内层嵌套的软件是第三方的库函数，并且内部以不友好的方式处理了异常，比如：异常退出进程了事，这对整个程序将造成很不利的影响。

　　②此时可以利用向量化异常处理，在正常的SEH之前以合适的方式拦截和处理异常。

　　③当异常发生时，系统在执行SEH过滤程序之前，会先依次调用VEH列表中的每个VEH异常处理函数。

（2）注册VEH异常处理程序:AddVectoredExceptionHandler(bFirstInTheList,pfnHandler)

　　①参数bFirstInTheList为0表示pfnHandler被添加到列表尾端，非0在列表头部。

　　②pfnHandler：异常处理函数，如果返回EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH，则重新执行导致异常的指令，如果返回EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH表示让VEH链表中的其他函数去处理异常，如果所有函数都返回EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH，SEH过滤函数就会被执行。

（3）删除VEH异常处理函数：RemoveVectoredExceptionHandler(pHandler)，其中pHandler这个句柄为AddVectoredExceptionHandler的返回值。

25.3.2 继续处理程序：——用于实现程序的诊断和跟踪

（1）安装：PVOID AddVectoredContinueHandler(bFirstInTheList,pfnHandler);

　　①参数bFirstInTheList为0，表示安装在继续处理程序列头的尾部，非0在头部。

　　②通过该函数安装的异常处理程序是在SetUnhandledExceptionFilter安装的异常处理程序返回EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH之后才被调用。

　　③如果pfnHandler函数返回EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION重新执行导致异常的指令，EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH让系统执行它后面的异常处理程序。

（2）删除：RemoveVectoredContinueHandler(pHandler);

 【VectoredExceptionFilter】演示向量化异常过滤函数的调用

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

int g_iVal = 0;

//VEH1异常过滤函数
LONG CALLBACK VEH1(struct _EXCEPTION_POINTERS* pEP){
    _tprintf(_T("VEH1\n"));
    return EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH;
}

//VEH2异常过滤函数
LONG CALLBACK VEH2(struct _EXCEPTION_POINTERS* pEP){
    _tprintf(_T("VEH2\n"));
    //以下的注释，可以取消以观察不同的输出结果
    //if ((EXCEPTION_INT_DIVIDE_BY_ZERO == pEP->ExceptionRecord->ExceptionCode)){
    //    g_iVal = 25;
    //    return EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION;
    //}
    return EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH;
}

//VEH3异常过滤函数
LONG CALLBACK VEH3(struct _EXCEPTION_POINTERS* pEP){
    _tprintf(_T("VEH3\n"));
    return EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH;
}

//SEH异常过滤函数
LONG SEHFilter(PEXCEPTION_POINTERS pEP){
    _tprintf(_T("SEH\n"));
    if ((EXCEPTION_INT_DIVIDE_BY_ZERO == pEP->ExceptionRecord->ExceptionCode)){
        g_iVal = 34;
        return EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION;
    }
    return EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH;
}

void Fun1(int iVal){
    __try{
        _tprintf(_T("Fun1 g_iVal = %d iVal = %d\n"), g_iVal, iVal);
        iVal /= g_iVal; //这里发生异常，VEH异常会先被调用！
        _tprintf(_T("Fun1 g_iVal = %d iVal = %d\n"), g_iVal, iVal);
    }
    __except (EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER){
        _tprintf(_T("Func1 _except块执行，程序将退出！\n"));
        _tsystem(_T("PAUSE"));
        ExitProcess(1);
    }
}

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

    PVOID pVEH1 = AddVectoredExceptionHandler(0, VEH1);//安装到VEH链表尾部
    PVOID pVEH2 = AddVectoredExceptionHandler(0, VEH2);//安装到VEH链表尾部
    PVOID pVEH3 = AddVectoredExceptionHandler(0, VEH3);//安装到VEH链表尾部

    __try{
        Fun1(g_iVal);
    }
    __except (SEHFilter(GetExceptionInformation())){
        _tprintf(_T("main _except excuted!\n"));
    }

    RemoveVectoredExceptionHandler(pVEH1);
    RemoveVectoredExceptionHandler(pVEH2);
    RemoveVectoredExceptionHandler(pVEH3);
    _tsetlocale(LC_ALL, _T("chs"));

    _tsystem(_T("PAUSE"));
    return 0;
} 

25.4 C++异常与结构化异常的比较

（1）框架的差别

//C++异常 void ChunkyFunky(){      try{          //try块          ...          throw 5;        }      catch (int x){          //catch块          ...      }      ... }

//SEH异常 void ChunkyFunky(){      __try{          //try块          //...          RaiseException(Code = 0xE06D7363,//ASCII的“msc”                           Flag = EXECEPTION_NONCONTINUABLE,                           Args = 5);      }      __except ((ArgType == Integer)?                EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER:                EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH){          //Catch块          ...      }      ... }

（2）SEH和C++异常的比较

　　①SEH是操作系统提供的，它在任何语言中都可以使用，而C++异常只有在编写C++代码时才可以使用。

　　②如果开发C++应用程序，应该使用C++异常，而不是SEH异常，因为C++异常是语言的一部分，编译器会自动生成代码来调用C++对象的析构函数，保证对象的释放。

　　③C++异常也是利用操作系统的SEH来实现的，所以在创建一个C++try块时，编译器也会生成一个SEH的__try块。C++的catch语句对应SEH异常过滤程序，catch块中的代码对应SEH __except块中的代码。C++的throw语句也是对RaiseException函数的调用。

　　④C++调用throw抛出异常时，都会自动带EXCEPT_NONCONTINUEABLE标志。这意味着C++不能再次执行错误代码。

　　⑤__except通过比较throw变量的数据类型与C++ catch语句中所用到的变量的数据类型，如果一致，返回EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER，让__except块执行。如果不同，返回EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH继续向搜索外层的__try/__except。

25.5 异常与调试器

（1）首次机会通知和最后机会通知：

当某个线程抛出异常里，操作系统会马上通知调试器（如果调试器己经附着），这个通知被称为“首次机会通知（First-Chance Notification）”调试器将响应这个通知，促使线程寻找异常过滤程序。如果所有的异常过滤程序都返回EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH，操作系统会给调试器一个“最后机会通知（Last-Chance Notification）”

（2）每个解决方案（.sln），可以从主菜单“调试”→“异常(x)…”找出“异常”对话框。每个异常代码为32位，如果勾选“引发”表示每当被调试线程引发异常时，调试器都会收到首次机会通知，此时异常刚刚发生，线程还没有得到机会执行异常过滤程序。调试器会弹出相应的对话框让我们选择操作，我们可以选择调试，然后在代码里设置断点，查看变量的值或线程的函数调用栈，如果不勾选“引发”这项，则不会弹出对话框，但调试器收到通知时，会在输出窗口中显示一行文字，以表示它收到了这个异常通知，然后允许线程寻找异常过滤程序。 “用户未处理的”表示异常过滤函数返回EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH，调试器收到最后机会通知，也会弹出相应的对话框让用户来选择操作。

 

（3）可以自定义软件异常：只需单击“添加”按钮，然后输入异常名称和异常代码（不能与己有的重复）