有关 C/C++ 的异常处理方式笔记

发表于 2022-02-16 本文字数： 4.4k 阅读时长 ≈ 4 分钟

有关 C/C++ 的异常处理方式简要笔记

C 的异常处理

在 C 语言中最常使用 setjmp.h 库处理我们的异常。

最简单的异常处理，我们会使用其中的两个函数：setjmp 和 longjmp

`jmp_buf` 数组

jmp_buf 在 MSVC 中被定义为 DWORD 数组。

jmp_buf 被用来保存跳转现场，即用来保存当前调用的 ESP、EIP、EBP、EBX、EDI、ESI 等寄存器和标志位的信息。

`setjmp` 函数

setjmp 需要接收一个 jmp_buf 数组指针，将这个时候调用 setjmp 时的寄存器状态保存在 jmp_buf 里，然后返回 0 代表跳转点设置成功。

当 long_jmp 被调用后，会让 setjmp 函数返回一个值代表此次运行为跳转运行。

代码示例：

1 2	jmp_buf jb; setjmp(jb);

`long_jmp` 函数

long_jmp 需要接收一个 jmp_buf 数组指针和一个自定义 int 类型信息 (会作为跳转后 set_jmp 的返回值)。

它会根据传入的 jmp_buf 数组还原寄存器信息，即跳转到上一次调用 set_jmp(jmp_buf) 的时刻，然后将传入的 int 类型值作为 set_jmp 的返回值返回。

注意非必要不要传 0，否则无法分辨 set_jmp 是跳转回来的还是正常运行的。

代码示例：

1	longjmp(jb, -1)

完整示例

#include <stdio.h>
#include <setjmp.h>

jmp_buf jb;

int calc(int x)
{
	if (x == 0)
	{
		longjmp(jb, 1);
	}
	else if (x == 10)
	{
		longjmp(jb, 2);
	}
	else
	{
		return 10 / x;
	}
}

int main()
{
	int num;
	int msg;

	printf("Pls. input a number to calc: ");
	scanf("%d", &num);

	msg = setjmp(jb);
	if (msg == 0)
	{
		printf("the value is %d.\n", calc(num));
	}
	else if (msg == 1)
	{
		printf("number can not be 0...\n");
	}
	else if (msg == 2)
	{
		printf("calc() do not like 10...\n");
	}
	else
	{
		printf("I do not know what happened...\n");
	}

	return 0;
}

C++ 的异常处理

在 C++ 中最常使用 C++ 标准所提供的 try - catch - throw 异常处理模块来处理我们的异常。

`try - catch` 块

try 块中的代码被称为保护代码，后面通常跟着一个或多个 catch 块。

catch 块跟在 try 块后面，用于捕获异常。可以指定想要捕捉的异常类型，这是由 catch 关键字后的括号内的异常声明决定的。

代码示例：

try
{
   // 保护代码
}catch( ExceptionName e1 )
{
   // catch 块
}catch( ExceptionName e2 )
{
   // catch 块
}catch( ExceptionName eN )
{
   // catch 块
}

`throw` 语句

当问题出现时，程序会抛出一个异常。这是通过使用 throw 关键字来完成的。

其中 throw 后跟着的信息与 catch 的接收有关。(即 throw 什么就 catch 什么)

代码示例：

double division(int a, int b)
{
   if( b == 0 )
   {
      throw "Division by zero condition!";
   }
   return (a/b);
}

完整示例

#include <iostream>
using namespace std;

double division(int a, int b)
{
	if (b == 0)
	{
		throw "Division by zero condition!";
	}
	return (a / b);
}

int main()
{
	int x = 50;
	int y = 0;
	double z = 0;

	try {
		z = division(x, y);
		cout << z << endl;
	}
	catch (const char* msg) {
		cerr << msg << endl;
	}

	return 0;
}

标准异常

C++ 提供了一系列标准的异常，定义在 <exception> 中，我们可以在程序中使用这些标准的异常。它们是以父子类层次结构组织起来的，如下所示：

下表是对上面层次结构中出现的每个异常的说明：

异常	描述
`std::exception`	该异常是所有标准 C++ 异常的父类。
`std::bad_alloc`	该异常可以通过 `new` 抛出。
`std::bad_cast`	该异常可以通过 `dynamic_cast` 抛出。
`std::bad_exception`	这在处理 C++ 程序中无法预期的异常时非常有用。
`std::bad_typeid`	该异常可以通过 `typeid` 抛出。
`std::logic_error`	理论上可以通过读取代码来检测到的异常。
`std::domain_error`	当使用了一个无效的数学域时，会抛出该异常。
`std::invalid_argument`	当使用了无效的参数时，会抛出该异常。
`std::length_error`	当创建了太长的 std::string 时，会抛出该异常。
`std::out_of_range`	该异常可以通过方法抛出，例如 `std::vector` 和 `std::bitset<>::operator[]()`。
`std::runtime_error`	理论上不可以通过读取代码来检测到的异常。
`std::overflow_error`	当发生数学上溢时，会抛出该异常。
`std::range_error`	当尝试存储超出范围的值时，会抛出该异常。
`std::underflow_error`	当发生数学下溢时，会抛出该异常。

同时我们也可以自定义异常，代码示例：

#include <iostream>
#include <exception>
using namespace std;

// 这里可以不继承 exception 来创建自己的异常标准。
struct MyException : public exception
{
	const char* what() const throw ()
	{
		return "C++ Exception";
	}
};

int main()
{
	try
	{
		throw MyException();
	}
	catch (MyException& e)
	{
		std::cout << "MyException caught" << std::endl;
		std::cout << e.what() << std::endl;
	}
	catch (std::exception& e)
	{
		//其他的错误
	}
}

Windows SEH 结构化异常处理机制

Windows SEH 结构化异常处理机制核心是由系统维护的一个单向链表，链表中保存每个异常处理函数的指针。

调用机制类似 C++ 的异常处理：

__try
{
    // 保护代码
}
__except ()
{
    // 异常处理后的内容块
}

其中 __except 需要一个宏定义常量，通常是 EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION、EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER 和 EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH。

宏定义常量	含义
`EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION`	异常处理完毕，程序继续正常运行异常出现处的下一条指令
`EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER`	异常处理完毕，但是直接执行 `__except` 块的内容
`EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH`	异常无法处理，告诉 Windows 寻找下一个异常处理函数来处理异常

这里我们通常通过函数实现：

#include <iostream>
#include <windows.h>
using namespace std;

long ExceptionFilter(int nRet)
{
	if (nRet == 0)
	{
		return EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER;
	}
	return EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH;
}

int main()
{
	int x = 50;
	int y = 0;
	double z = 0;

	cout << "Pls. input a number: ";
	cin >> y;

	__try {
		z = x / y;
		cout << "the value is " << z << endl;
	}
	__except (ExceptionFilter(y)) {
		cout << "could not div 0" << endl;
	}
	

	return 0;
}

其中我们可以通过 GetExceptionCode() 来获取系统所抛出的异常。

在 ida 中我们可以观察到，__excpet 被分析为：

C 的异常处理

jmp_buf 数组

setjmp 函数

long_jmp 函数

完整示例

C++ 的异常处理

try - catch 块

throw 语句

完整示例

标准异常

Windows SEH 结构化异常处理机制

Windows VEH 向量化异常处理机制

`jmp_buf` 数组

`setjmp` 函数

`long_jmp` 函数

`try - catch` 块

`throw` 语句