SEH：结构化异常处理结构化异常处理是一种操作系统提供的机制,用来优化程序的结构,提供更培念加健壮的程序执行环境.试想想你写程序不用考虑哪里有个内存访问错误,哪里有个空指针等等一类的错误,一直按照程序的逻辑结构向下写,而不用去检查函数是否成功,这会是多么愉悦的事情(这个乃是seh的宣传词,不代表我的观点,这里完全是无责任应景之语).结构化异常处理---seh,是一个操作系统级的概念,操作系统为每个线程(windows平台线程是系统调度的基本单元)维护一个异常处理链表,当有异常发生的时候,控制权转移到操作系统手上,操作系统按照一定的方式遍历这个链表,寻找合适的处理函数,执行处理工作,并且进行堆栈的unwind.在usermode的线程运行的时候,操作系统让fs寄存器指向线程的环境块(teb),这个teb是一个usermode可访问的数据结构,在他的开头嵌入一个叫NT_TIB结构的tib(线程信息块),这个tib里面键型保存着seh要用到的链表.struct_TEB{NT_TIBNtTib;......};structNT_TIB{EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD*ExceptionList;.....};structEXCEPTION_REGISTRATION_RECORD{EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD*Next;enum_EXCEPTION_DISPOSITION(*Handler)(_EXCEPTION_RECORD*ExceptionRecord,void*EstablisherFrame,_CONTEXT *ContextRecord,void*DispatcherContext);};在线程运行的时候fs段就指向的是TEB结构.这个能在下面的汇编代码里面看到.先具体的说说究竟异常发生的时候操作系统都作了什么吧.首先要明白什么是异常,顾名思意,异常就是不寻常的地方(-.-b),cpu在遇到异常的时候,会引发一个中断,操作系统会获取到控制权(具体的情况,我就不能在这里详细的描述了),在经过必要的保存现成等一系列动作以后,操作系统通过fs索引到TEB,也就是TIB,然后访问到ExceptionList,调用他里面的handler函数指针指向的函数,如果函数返回了,就检查函数的返回值,如果返回值表示他不能处理这个异常,那么就通过Next指针索引到下一个record,重复,到了链表的尽头了,还是没有人能处理,就自动的kill掉这个线程.那那个handler是从哪里来的呢?是应用程序在执行的时候给安装的,也许你已经知道了,那个handler一般都指向了一个叫_except_handler3的函数,从上面已经看出来了,这个函数是整个seh的关键,下面会详细的介绍这个函数.在c语言里面,seh的语法是稿中猜__try....__except....__finally这样构成的(具体的语法,这里也不详细说了),大家都知道,c语言是会转编译成机器语言,然后由cpu指向的,那这样的一个__try结构都会被转换成什么样子的机器语言呢?和他对等的汇编语言是什么样子的呢?因为seh涉及到太多的底层,特别是内存布局是非常重要的,所以这里必须要讲讲这个转换的过程.编译器遇到了一个__try结构,他就知道应该要进行seh代码生成了,也就是要完成上面的那个EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD的链接,push_except_handler3 ;这个record构造在栈上面moveax,fs:[0] ;原来的recordpusheaxmovfs:[0],esp这个代码执行完了,堆栈是什么样子的呢?(低地址在上,高地址在下)|原来的record指针|fs:[0]指向这里|现在的hanlder| 正好构成一个record结构,也正好和原来的list连接到了一起.正好满足操作系统的要求.看明白编译器怎么安排record以后,我们就要来看真正的handler了,相对的讲,每个handler都要作不同的事情,如果为每个try都生成一份处理的handler的话,会非常的麻烦,所以vc在实现的时候,让handler指向同一个函数,但是这样一来,handler本身的功能实现就复杂了,因为他必须要区分开究竟当前的异常是属于哪个try的,是属于哪个函数的,这就必须要建立适当的数据结构来让handler获取到这份信息,才能进行正确的处理.vc为每个函数维护一个叫scopetable的数据结构,他记载着函数里面使用的try的情况.typedefstruct_SCOPETABLE{DWORDpreviousTryLevel;//上一个try链表指针DWORDlpfnFilter;//__except后面的小括号里面的代码地址DWORDlpfnHandler;//__except下面的大括号里面的代码地址}SCOPETABLE,*PSCOPETABLE;vc在生成代码的时候,为每个函数都生成了一份scopetable数组,在建立sehrecord的时候把这个table的指针也放入到堆栈中,同时把当前的trylevel也放如到了堆栈里面,这样__except_handler3就能访问到这些数据,就能正确的处理异常.首先解释下什么是trylevel,trylevel是一个标识,他标记了当前代码执行的位置,他实际上指示了当前位于哪个try里面.inti=0;//trylevel=-1__try{i=1;//执行这个代码之前,让trylevel=0__try{i=2;//执行这个代码之前,让trylevel=1}__except(EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER){i=3;}__try{i=4;//执行这个代码之前,让trylevel=2}__except(EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER){i=5;}}__except(EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER){i=6;}请无视i这个变量,它完全是为了代码里面有内容而存在.trylevel这个就是用来标记当前代码位于哪个try里面,这个值会作为一个下标索引到scopetable里面,scopetable里面就记录了当前try对应的__except表达式,以及except的处理代码的地址.scopetable里面还有一个prevtrylevel成员,它把tryblock链接起来了,用于向上搜索处理句柄用,比如上面的代码,如果i=2的try里面发生了异常,首先查看的是它对应的__except,这个能从trylevel索引到scopetable得到,如果没有处理,就应该查看上一个try对应的except,也就是i=6的那个,但是怎么知道这个try所在的scopetable呢(因为处理函数和过滤函数地址都记录在table里面),这个就是prevtrylevel的用处了,刚刚的那个table里面的prevtrylevel=0,这样就索引到了第一个try的scopetable,正是我们要找的.你马上就会想到,i=4对应的scopetable里面的prevtrylevel也是等于0的,yes,youareright.只要你明白了这个部分的道理,剩下的就容易多了.接下来看看真正的汇编代码是怎么生成的.在函数代码的开头,一般是这样的pushebpmovebp,esppush0ffffffffh;这里就是trylevel了pushxxxx;这个就是scopetable数组的指针了push__except_handler3pushfs:[0]movfs:[0],espsubebp,20h;这里不一定是这个数字,它跟函数使用的局部变量有关系//以后碰到try语句的话,就mov[ebp-4],1;也许是2,也许是3,你应该明白这里的值是干什么用的了吧可以看到,除了handler以外还设置了trylevel和scopetable的指针,因为这个要在handler里面使用.你也许要奇怪了,handler里面怎么获取到trylevel和scopetable的指针呢?这个得看看内存布局了.[ebp-0]=prevebp[ebp-4]=trylevel[ebp-8]=scopetablepointer[ebp-0c]=handler[ebp-10]=prevregistrationrecord啊...如果我们有record的指针的话,向前访问就能访问到trylevel他们了呀,yes,record的指针会作为一个参数传递给你的,这个确实就是访问trylevel等等变量的方式.在说最后一个事情,然后就进入handler函数本体,你应该知道GetExceptionInformation()跟GetExceptionCode()函数吧,你也许很奇怪msdn里面提到说他们只能使用在某些地方,为什么呢?因为他们实现代码非常的奇怪GetExceptionInformation的实现代码moveax,[ebp-14]ret你应该知道eax是保存函数的返回值的,也就是说这个函数只是返回了[ebp-14]的值,而且它并没有设置ebp的值(ebp是一个函数的framepointer,你也应该知道,ebp-xx多少情况下是表示了一个函数的局部变量),也就是说它返回的是调用者的某个局部变量的值.呵呵,这里其实跟trylevel差不多的.vc在建立代码的时候保留了这样一个空间,而handler在执行的时候动态的设置了这个值,指向了合适的地址.ok,进入handler本体吧,先看它的几个参数,第一个不用说了,操作系统会帮你填充这个值,并且你能用GetExceptionInformation获取到这些信息,第二个是个void*参数,实际上,操作系统把当前的registerationrecord地址传递给了你,这个是一个很关键的指针,第三个也不用多说,它是一个跟体系结构有关系的context.最后一个参数有些时候其实也指向了scopetable,不过这个参数并没有使用到.下面给出handler的伪代码,在这之前,我们先看看handler都要作些什么.handler主要的任务就是要查找合适的__except语句,检查它的返回值,如果是EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER(当然还有continueexecute)的话就要执行except后面的代码,否则的转到上一个继续搜索,至于怎么转到上一个try,上面已经说得很清楚了.handler还要处理一种情况,就是进行unwind.操作系统会两次得调用你得handler函数,在第一个参数得某个成员里面告诉你要作的是查找处理还是进行unwind.//对比上面的布局想想这个结构的由来struct_EXCEPTION_REGISTRATION{struct_EXCEPTION_REGISTRATION*prev;void(*handler)(PEXCEPTION_RECORD,PEXCEPTION_REGISTRATION,PCONTEXT,PEXCEPTION_RECORD);structscopetable_entry*scopetable;inttrylevel;int_ebp;};明白了handler的任务以后,看它实际的代码吧.int__except_handler3(_EXCEPTION_RECORD*pExceptionRecord,EXCEPTION_REGISTRATION*pRegistrationFrame,_CONTEXT *pContextRecord,void*pDispatcherContext){LONGfilterFuncRetLONGtrylevelEXCEPTION_POINTERSexceptPtrsPSCOPETABLEpScopeTableCLD//Clearthedirectionflag(makenoassumptions!),这个是c语言编译器默认的操作方式//ifneithertheEXCEPTION_UNWINDINGnorEXCEPTION_EXIT_UNWINDbit//isset...Thisistruethefirsttimethroughthehandler(the//non-unwindingcase)//检查是不是要进行unwindif(!(pExceptionRecord->ExceptionFlags&(EXCEPTION_UNWINDING|EXCEPTION_EXIT_UNWIND))){//设置[ebp-14]的值,记得上面说的[ebp-14]放的是什么么,这里的ExceptionRecord是在handler的堆栈里面的//所以它的生存期是有限的,handler函数返回了,这个就不存在了,[ebp-14]这个指针也就指向了未知区域了,所以msdn里面限制//了GetExceptionXXX函数的调用地点,明白了么?//BuildtheEXCEPTION_POINTERSstructureonthestackexceptPtrs.ExceptionRecord=pExceptionRecord;exceptPtrs.ContextRecord=pContextRecord;//PutthepointertotheEXCEPTION_POINTERS4bytesbelowthe//establisherframe.SeeASMcodeforGetExceptionInformation//想想看,-4指向了什么地方?*(PDWORD)((PBYTE)pRegistrationFrame-4)=&exceptPtrs//Getinitial"trylevel"value,看看布局再看看上面那个结构的定义trylevel=pRegistrationFrame->trylevel//GetapointertothescopetablearrayscopeTable=pRegistrationFrame->scopetable;search_for_handler:if(pRegistrationFrame->trylevel!=TRYLEVEL_NONE/*-1*/){//如果是空,就表示这个是一个finally语句,finally是用来作unwind的if(pRegistrationFrame->scopetable[trylevel].lpfnFilter){PUSHEBP//SavethisframeEBP//!!!VeryImportant!!!SwitchtooriginalEBP.Thisis//whatallowsalllocalsintheframetohavethesame//valueasbeforetheexceptionoccurred.//ebp是一个函数的framepointer,对于一个函数的执行非常的重要,这里既然是要执行filter(except后面小括号//里面的语句),就必须要恢复ebp的值,ebp是怎么恢复的呢?,上面的代码里面可以看到是一个movebp,esp,这个esp又//是什么呢?对比下上面的内存布局,好好体会这句话的含义,看清楚前面有个取地址符.EBP=&pRegistrationFrame->_ebp//Callthefilterfunction调用except小括号里面的语句,检查这个返回值filterFuncRet=scopetable[trylevel].lpfnFilter();POPEBP//RestorehandlerframeEBPif(filterFuncRet!=EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH){if(filterFuncRet<0)//EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTIONreturnExceptionContinueExecution;//依靠操作系统完成continueexecution//Ifwegethere,EXCEPTION_EXECUTE_HANDLERwasspecifiedscopetable==pRegistrationFrame->scopetable//DoestheactualOScleanupofregistrationframes//Causesthisfunctiontorecurse//进行unwind,操作系统会变量当前registrationrecord以前的handler一一调用他们,然后断开这些record链表__global_unwind2(pRegistrationFrame);//Oncewegethere,everythingisallcleanedup,except//forthelastframe,wherewe'llcontinueexecutionEBP=&pRegistrationFrame->_ebp//操作系统帮我们完成前面的unwind,当前record的unwind要自己来完成__local_unwind2(pRegistrationFrame,trylevel);//这里是setjmp/longjmp支持代码//NLG=="non-local-goto"(setjmp/longjmpstuff)__NLG_Notify(1);//EAX==scopetable->lpfnHandler//SetthecurrenttryleveltowhateverSCOPETABLEentry//wasbeingusedwhenahandlerwasfound//修改当前的trylevel为prevtrylevel,很显然,从当前的tryblock出来了自然就到了上一个tryblockpRegistrationFrame->trylevel=scopetable->previousTryLevel;//Callthe_except{}block.Neverreturns.//gotoexcept语句,这里并不返回,因为编译器并没有在except语句最后生成一个ret代码pRegistrationFrame->scopetable[trylevel].lpfnHandler();}}scopeTable=pRegistrationFrame->scopetable;trylevel=scopeTable->previousTryLevelgotosearch_for_handler;}else//trylevel==TRYLEVEL_NONE{retvalue==DISPOSITION_CONTINUE_SEARCH;}}}else//EXCEPTION_UNWINDINGorEXCEPTION_EXIT_UNWINDflagsareset{//进行unwind(由__global_unwind2函数触发)PUSHEBP//SaveEBPEBP=&pRegistrationFrame->_ebp//SetEBPfor__local_unwind2__local_unwind2(pRegistrationFrame,TRYLEVEL_NONE)POPEBP//RestoreEBPretvalue==DISPOSITION_CONTINUE_SEARCH;}}这里也不能不提到编译器为你生成代码的样子__try{i=0;}__except(EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER){i=1;}这里假设i放在ebp-20的地方,同时省略fs:[0]的设置__try:mov[ebp-4],0;trylevel=0mov[ebp-18h],esp;保存espmov[ebp-20h],0;执行i=0jmp__finish;跳出try语句__except_filter:moveax,EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER;返回ret__except_body:movesp,[ebp-18h];首先恢复esp值,也就是回复运行栈mov[ebp-20h],1;执行i=1;__finish:mov[ebp-4],0ffffffffh;trylevel=-1到这里差不多我要讲的就结束了,更为详细的可以参考我多次提到的msj里面的那个文章.http://www.microsoft.com/msj/0197/exception/exception.aspx如果你对vc生成的代码更加的感兴趣,你可以使用ida+softice动态静态跟踪看看.★楼★下★的★这★位★你★怎★么★学★我★呢★？
