Windows异常处理初探
by Knocked 看雪
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");
}执行结果
__try { ... }
__finally { ... }
正常退出使用 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;执行结果
__try { ... }
__finally { ... }
异常退出异常处理器
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;
}执行结果
ExceptionCode: C0000094
numebr = 1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;
}执行结果
ExceptionCode: C0000094
numebr = 1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;
}执行结果
ExceptionCode: C0000094
numebr = 1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;
}执行结果
VEH: ExceptionCode: C0000094
SEH: ExceptionCode: C0000094
UEF: ExceptionCode: C0000094
VCH: ExceptionCode: C0000094
number = 3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;
}执行结果
__try { ... }
__try { ... }
function: 002F1FE0
function: 77A89F80
function: 77A98F1F
function: 002F1311
function: 002F1FE0
function: 77A89F80
function: 77A98F1F
自定义SEH: ExceptionCode: C0000094
function: 002F1FE0
function: 77A89F80
function: 77A98F1FLast updated