初识windows异常处理

异常机制，就是为了让计算机能够更好的处理程序运行期间产生的错误，从编程的角度来看，能够将错误的处理与程序的逻辑分隔开。使得我们可以集中精力开发关键功能，而把程序可能出现的异常统一管理。

windows提供了异常处理的机制，使得你有机会挽救自己即将崩溃的程序，大体上来说它提供了以下处理异常的机制：

• SEH-结构化异常处理
• VEH-向量化异常处理
• VCH-向量化异常处理

结构化异常处理

Structed Exception Handler(结构化异常处理)简称SEH，是微软提供的一种处理异常的机制。

在VC++中，通过提供四个微软关键字使得程序员能够良好的使用这一机制，分别是：

__try、 __finally、 __except、 __leave

接下来简要说明一下用法

终结处理器

由 __try、 __finally 和 __leave构成。能够保证无论 __try 块中的指令以何种方式退出，都必然会执行 __finally 块。[不会进行异常处理，只进行清理操作]

SEH 的使用范围是线程相关的，每个线程都有自己的函数（SEH链表是局部链表，在堆栈中）

__try
{
	// 被检查的代码块，通常是程序的逻辑部分
	printf("__try { ... }\n");
       
	// 使用 __leave 跳出当前的 __try
	__leave;
}
__finally
{
	// 终结处理块，通常用于清理当前程序
    // 无论 __try 以何种方式退出，都会执行这里的指令
	printf("__finally { ... }\n");

    // 使用 AbnormalTermination 判断 __try 的退出方式
    // 正常退出，返回值是 false
	if (AbnormalTermination())
		printf("异常退出\n");
	else
		printf("正常退出\n");
}

使用 goto 退出（return 、 break 同理）

__try
{
	printf("__try { ... }\n");
	goto tag;
}
__finally
{
	printf("__finally { ... }\n");
	if (AbnormalTermination())
		printf("异常退出\n");
	else
		printf("正常退出\n");
}
tag:
return 0;

异常处理器

由关键字 __try 、 __except 构成，能够保证 __try 中如果产生了异常，会执行过滤表达式中的内容，应该在过滤表达式提供的过滤函数中处理想要处理的异常

• EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER(1): 表示该异常被处理，从异常处下一条指令继续执行
• EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH(0): 表示异常不能被处理，交给下一个SEH
• EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION(-1): 表示异常被忽略，从异常处继续执行

// 异常处理器: 由关键字 __try 和 __except 构成
// 如果 __try 中产生了异常，会执行过滤表达式中的内容
// 应该在过滤表达式提供的过滤函数中处理想要处理的异常

// 异常过滤表达式中最常见的情况就是编写一个异常过滤函数，对异常进行处理
DWORD ExceptionFilter(DWORD ExceptionCode, PEXCEPTION_POINTERS ExceptionInfo)
{
	printf("ExceptionCode: %X\n", ExceptionCode);

	// 如果当前产生的异常是除零异常，那么就通过修改寄存器处理异常
	if (ExceptionCode == EXCEPTION_INT_DIVIDE_BY_ZERO)
	{
		// 在这里对寄存器执行的所有修改都会直接被应用到程序中
		ExceptionInfo->ContextRecord->Eax = 1;
		ExceptionInfo->ContextRecord->Ecx = 1;

		// 如果异常被处理了，那么就返回重新执行当前的代码
		return EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION;
	}

	// 如果不是自己能够处理的异常，就不处理只报告
	return EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER;
}

int main()
{
	int number = 0;

	__try
	{
		// __try 中的是可能产生异常的代码
		// idiv eax, ecx
		number /= 0;
	}

	// 通常会为异常过滤表达式提供一个异常处理函数用于处理异常，并返回处理结果
	//  GetExceptionCode: 用于获取异常的类型，能在过滤表达式和异常处理器中使用
	//  GetExceptionInformation: 用于获取异常的信息，只能写在过滤表达式中

	// 异常过滤表达式
    __except (ExceptionFilter(GetExceptionCode(), GetExceptionInformation()))
	{
		// 异常处理器，只有 __except 返回 EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER 才会执行
		printf("__try 中产生了异常，但是并没有处理异常 %X\n", GetExceptionCode());
	}

	printf("numebr = %d\n", number);

	return 0;
}

顶层异常处理器

TopLevelEH 全称顶层异常处理器(UEF)，这个函数只能有一个，被保存在全局变量中

由于只会被系统默认的最底层 SEH 调用，所以又会被称作是 SEH 的一种，是整个异常处理的最后一环。所以通常都不会再此执行异常处理操作，而是进行内存 dump ，将消息发送给服务器，进行异常分析

在 win7 之后，只有在非调试模式下才会被调用，可以用来反调试

LONG WINAPI TopLevelExceptionFilter(PEXCEPTION_POINTERS ExceptionInfo)
{
	printf("ExceptionCode: %X\n", ExceptionInfo->ExceptionRecord->ExceptionCode);

	// 如果当前的异常是除零异常，那么就通过修改寄存器处理异常
	if (ExceptionInfo->ExceptionRecord->ExceptionCode == EXCEPTION_INT_DIVIDE_BY_ZERO)
	{
		ExceptionInfo->ContextRecord->Eax = 1;
		ExceptionInfo->ContextRecord->Ecx = 1;

		// 异常如果被处理了，那么就返回重新执行当前的代码
		return EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION;
	}

	// 如果不是自己能够处理的异常，就不处理只报告
	return EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER;
}


int main()
{
	int number = 0;

	// 通过一个函数可以直接的安装 UEF
	SetUnhandledExceptionFilter(TopLevelExceptionFilter);

	__try
	{
		number /= 0;
	}
	// 异常一旦被 SEH 处理，就不会再传递给 UEF
	__except (EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH)
	{
		printf("不会被执行\n");
	}

	printf("number = %d\n", number);

	system("pause");
	return 0;
}

直接运行exe结果：

向量化异常处理

向量异常VEH

Vectored Exception Handler 向量化异常处理的一种，被保存在一个全局的链表中，进程内的所有线程都可以使用这个函数，是第一个处理异常的函数

LONG WINAPI VectoredExceptionHandler(PEXCEPTION_POINTERS ExceptionInfo)
{
	printf("ExceptionCode: %X\n", ExceptionInfo->ExceptionRecord->ExceptionCode);

	if (ExceptionInfo->ExceptionRecord->ExceptionCode == EXCEPTION_INT_DIVIDE_BY_ZERO)
	{
		ExceptionInfo->ContextRecord->Eax = 1;
		ExceptionInfo->ContextRecord->Ecx = 1;

		return EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION;
	}

	return EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER;
}

int main()
{
	int number = 0;

	// 通过一个API可以直接安装VEH
    // 参数一是布尔值，如果为 TRUE，就将当前的函数添加到全局 VEH 函数的链表头部
	// 否则则为尾部
    AddVectoredExceptionHandler(TRUE, VectoredExceptionHandler);

	__try
	{
		number /= 0;
	}
	// 异常首先被 VEH 接收到，如果无法处理才会传递给 SEH
	__except (EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER)
	{
		printf("永远不会被执行\n");
	}

	printf("number = %d\n", number);

	system("pause");
	return 0;
}

向量化异常处理VCH

VCH：和 VEH 类似，但是只会在异常被处理的情况下最后调用

异常的传递过程

LONG WINAPI VectoredExceptionHandler(EXCEPTION_POINTERS* ExceptionInfo)
{
	printf("VEH: ExceptionCode: %X\n", ExceptionInfo->ExceptionRecord->ExceptionCode);

	if (ExceptionInfo->ExceptionRecord->ExceptionCode == EXCEPTION_INT_DIVIDE_BY_ZERO)
	{
		ExceptionInfo->ContextRecord->Eax = 1;
		ExceptionInfo->ContextRecord->Ecx = 1;

		return EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH;
	}

	return EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER;
}

DWORD StructedExceptionFilter(PEXCEPTION_POINTERS ExceptionInfo)
{
	printf("SEH: ExceptionCode: %X\n", ExceptionInfo->ExceptionRecord->ExceptionCode);

	if (ExceptionInfo->ExceptionRecord->ExceptionCode == EXCEPTION_INT_DIVIDE_BY_ZERO)
	{
		ExceptionInfo->ContextRecord->Eax++;
		ExceptionInfo->ContextRecord->Ecx = 1;

		return EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH;
	}

	return EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER;
}

LONG WINAPI TopLevelExceptionFilter(PEXCEPTION_POINTERS ExceptionInfo)
{
	printf("UEF: ExceptionCode: %X\n", ExceptionInfo->ExceptionRecord->ExceptionCode);

	if (ExceptionInfo->ExceptionRecord->ExceptionCode == EXCEPTION_INT_DIVIDE_BY_ZERO)
	{
		ExceptionInfo->ContextRecord->Eax++;
		ExceptionInfo->ContextRecord->Ecx = 1;

		return EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION;
	}

	return EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER;
}

LONG WINAPI VectoredContinueHandler(PEXCEPTION_POINTERS ExceptionInfo)
{
	// VCH 不会对异常进行处理，调用的时机和异常处理的情况有关
	printf("VCH: ExceptionCode: %X\n", ExceptionInfo->ExceptionRecord->ExceptionCode);

	return EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH;
}

int main()
{
	int number = 0;

	AddVectoredExceptionHandler(TRUE, VectoredExceptionHandler);
	AddVectoredContinueHandler(TRUE, VectoredContinueHandler);
	SetUnhandledExceptionFilter(TopLevelExceptionFilter);

	__try
	{
		number /= 0;
	}
	__except (StructedExceptionFilter(GetExceptionInformation()))
	{
		printf("SEH: 异常处理器\n");
	}

	printf("number = %d\n", number);

	system("pause");
	return 0;
}

直接运行exe结果：

可以得出，异常的传递过程：VEH -> SEH -> UEH -> VCH

探究SEH

// 带有异常处理函数的函数
void test1()
{
	// 在 VS 的同一个函数中无论编写了多少个 SEH， 编译器
    // 实际上只会安装一个叫做 except_handler4 的函数
	__try
	{
		printf("__try { ... }\n");
		__try
		{
			printf("__try { ... }\n");
		}
		__except (1)
		{
			printf("__except (1) { ... }\n");
		}
	}
	__except (1)
	{
		printf("__except (1) { ... }\n");
	}
}

// 没有异常处理函数的函数
void test2() { }

// 遍历当前程序中已经存在的异常处理函数
void ShowSEH()
{
	// 定义一个结构体指针，用于保存 SEH 链表的头节点
	PEXCEPTION_REGISTRATION_RECORD header = nullptr;

	// 通过 FS:[0] 找到 ExceptionList 的头节点
	__asm push fs:[0]
	__asm pop header

	// 遍历异常处理链表，链表以 -1 结尾
	while (header != (EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD*)-1)
	{
		printf("function: %08X\n", header->Handler);
		header = header->Next;
	}

	printf("\n");
}

EXCEPTION_DISPOSITION NTAPI ExceptionRoutine(
	// 产生的异常信息
	_Inout_ struct _EXCEPTION_RECORD* ExceptionRecord,
	_In_ PVOID EstablisherFrame,
	// 产生异常时的线程上下文
	_Inout_ struct _CONTEXT* ContextRecord,
	_In_ PVOID DispatcherContext
)
{
	printf("自定义SEH: ExceptionCode: %X\n", ExceptionRecord->ExceptionCode);

	if (EXCEPTION_INT_DIVIDE_BY_ZERO == ExceptionRecord->ExceptionCode)
	{
		ContextRecord->Eax = 1;
		ContextRecord->Ecx = 1;

		return ExceptionContinueExecution;
	}

	return ExceptionContinueSearch;
}

int main()
{
	test1();
	test2();

	PEXCEPTION_REGISTRATION_RECORD ExceptionList = nullptr;

	__asm push fs : [0]
	__asm pop ExceptionList

	// 遍历异常处理函数
	ShowSEH();

	// 手动安装一个异常处理函数，操作 FS:[0]
	__asm push ExceptionRoutine
	__asm push fs : [0]
	__asm mov fs : [0], esp

	ShowSEH();
	
	int number = 0;
	number /= 0;

	printf("\n");

	__asm mov eax, ExceptionList
	__asm mov fs : [0], eax
	__asm add esp, 0x08

	ShowSEH();

	return 0;
}

编译器只生成一个 except_handler4 函数

参考文章：

https://docs.microsoft.com/zh-cn/cpp/cpp/structured-exception-handling-c-cpp?view=vs-2019

https://bbs.pediy.com/thread-181067.htm

https://blogs.msdn.microsoft.com/zhanli/2010/06/24/c-tips-addvectoredexceptionhandler-addvectoredcontinuehandler-and-setunhandledexceptionfilter/

https://bbs.pediy.com/thread-226235.htm

https://bbs.pediy.com/thread-189315.htm