Обработка исключений в ОС Windows

Структурная обработка исключений
Фреймовая обработка
Возможна: средствами языка C++,
средствами Windows (SEH) -
Structured Exception Handling (SEH)
Различия:
SEH пригоден как для программных, так и для аппаратных исключений,
в отличие от средств С++
В SEH исключение – это ошибка при выполнении программы,
в С++ - это объект произвольного типа, который может выбросить программа , используя оператор throw. Обработчик исключения catch может рассматриваться как функция с одним параметром, кот. выполняется только при совпадении типа ее параметра с типом выброшенного исключения
По-разному раскручивается стек
Суть механизма SEH
В программе выделяется блок кода – фрейм, в котором может произойти исключение (охраняемый код)
За фреймом размещается код обработчика
Далее - первая инструкция, исполняемая после выполнения обработчика
Используемые ключевые слова C++, различаемые компилятором MS:
_try, _except для фрейма и обработчика соответственно

Структура программного фрагмента
_try
{ //охраняемый код
}
_except (выражение-фильтр)
{ //код обработки исключения
}
Значения (выражения-фильтра):
EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER управление передается обработчику
EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH продолжить поиск обработчика
EXCEPTION_EXECUTE_EXECUTION управление передается в точку прерывания программы
GetExceptionCode, GetExceptionInformation – функции для получения информации об исключении, м.б. использованны в выражении-фильтре
Не допускается в SEH: использование оператора goto для передачи управления внутрь фрейма или обработчика
Переменные, объявленные в фрейме и обработчике - локальные

Список значений, возвращаемых GetExceptionCode
Список констант находится в файле WinBase.h
EXCEPTION_ACCESS_VIOLATION – поток попытался обратиться к виртуальному адресу, к которому у него нет доступа
EXCEPTION_BREAKPOINT – выполнение достигло точки останова
EXCEPTION_DATATYPE_MISALIGNMENT – попытка доступа к не выровненным данным на устройстве, которое требует выравнивания
EXCEPTION_SINGLE_STEP – Возник сигнал о пошаговом выполнении программы (трассировочная ловушка или другой механизм)
EXCEPTION_ARRAY_BOUNDS_EXCEEDED – обращение за границу массива на устройстве, которое проверяет границы
EXCEPTION_FLT_DENORMAL_OPERAND – один из операндов операции с плавающей точкой не нормализован.
EXCEPTION_FLT_DIVIDE_BY_ZERO – поток попытался сделать деление на ноль с плавающей точкой.
EXCEPTION_FLT_INEXACT_RESULT - результат операции над числами с плавающей точкой нельзя точно представить в виде десятичной дроби
EXCEPTION_FLT_INVALID_OPERATION – другие исключения операций с плавающей точкой, которые не выделены в данном списке
EXCEPTION_FLT_OVERFLOW – переполнение при операции над числами с плавающей точкой.
EXCEPTION_FLT_STACK_CHECK - переполнение стека или выход за его нижнюю границу в результате выполнения операции над числами с плавающей точкой
EXCEPTION_FLT_UNDERFLOW - порядок результата операции над числами с плавающей точкой меньше минимальной величины для указанного типа данных
EXCEPTION_INT_DIVIDE_BY_ZERO – целочисленное деление на ноль
EXCEPTION_INT_OVERFLOW – переполнение разрядной сетки при операциях с целыми числами
EXCEPTION_PRIV_INSTRUCTION – выполнение инструкции, которая не доступна в данном режиме процессора
EXCEPTION_NONCONTINUABLE_EXCEPTION - фильтр исключений вернулEXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION в ответ па невозобновляемое исключение (noncontinuable exception)

Применение функций GetExceptionCode и GetExceptionInformation
Функции GetExceptionCode и GetExceptionInformation являются встраиваемыми, т.е. они поддерживаются компилятором напрямую и их нет ни в одной библиотеке.
Их можно вызывать только из фильтра исключений, между скобками оператора _except, или из обработчика исключений, т.к. именно в этот момент существуют структуры с контекстом исключения,
__try
{
}
__except ((GetExceptionCode() ==
EXCEPTION_FLT_STACK_CHECK) ? EXCEPTlON_EXECUTE_HANDLER : EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH)
{
// обработка переполнения при операции с плавающей точкой
}
Использование этих функций внутри фильтра недопустимо. Компилятор отслеживает все подобные попытки и выдает сообщения об ошибках. (см.след.слайд)

Функция-фильтр
Если для принятия решения о правиле обработки исключения требуется более детальная работа с информацией, то используют не просто выражение-фильтр, а вызывают в этом выражении функцию-фильтр.
Использование функций GetExceptionCode и GetExceptionInformation внутри фильтра недопустимо. Компилятор отслеживает все подобные попытки и выдает сообщения об ошибках. Однако эти функции могут вызываться при инициализации параметров функции фильтра.

Функция – фильтр
Пример вызова из обработчика
__try {
}
__except
{ switch (GetExceptionCode())
{ …
}
}
До этого использовали жестко заданные значения в качестве фильтра исключений.
Теперь заменим их на выражение с вызовом функции. Задача такой функции - проанализировать причину исключения, возможно, выполнить предварительную обработку, и вернуть значение, на основании которого будет выбираться обработчик исключения:
__try
{
int a = 1 / 0;
}
__except (Filter(GetExceptionCode()))
{
}
LONG Filter(DWORD dwExceptionGode)
{
return((dwExceptionCode == EXCEPTION_ACCESS_VIOLATION) ? EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER : EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH);
}
Функции Filter выполняется на этапе поиска обработчика исключения
Если возникает необходимость использовать GetExceptionInformation или GetExceptionCode из функции фильтра исключений, надо передавать результат их работы через параметр фильтра (как в примере)

функция GetExceptionInformation
При возникновении исключения, система запоминает структуры EXCEPTION_RECORD, CONTEXT и EXCEPTION_POINTERS. Они в совокупности описывают полностью контекст возникновения исключений.
Для доступа к информации из структур EXCEPTION_RECORD или CONTEXT надо сохранить их содержимое из фильтра исключения. Эти структуры существуют только во время обработки фильтра исключения, поэтому запоминать на них указатель нет смысла.
Из структуры EXCEPTION_RECORD можно получить код исключения, адрес возникновения исключения и другую полезную информацию. Это все позволяет гибко строить стратегии обработки ошибок.
В частности, в совокупности с мини дампами можно построить систему сбора информации об ошибках на стороне клиента, чтобы своевременно вносить исправления в код и добиваться высокого качества ПО.

Генерация программных исключений
Программные исключения могут вызываться принудительно самой программой
они могут использоваться для сообщения об ожидаемых ошибках, таких, как ошибки при доступе к файлу, некорректный ввод пользователя и т.п.
для сообщения о фатальных ошибках, которые в конечном итоге приведут к завершению программы
генерируются функцией RaiseException, которая имеет следующий прототип:
void RaiseException( OWORD dwExceptionCode, DWORD dwExceptionFlags, DWORD nNumberOfArguments, CONST ULONG_PTR *pArguments);
ПАРАМЕТРЫ:
dwExceptionCode - это код исключения. Его можно получить с помощью GetExceptionCode. Код исключения можно построить по правилам, применяемым для стандартных кодов ошибок Windows. Формат кода ошибки определен в файле winerror.h
dwExceptionFlags указывает, можно ли возобновить выполнение программы с команды, следующей за RaiseException. Он может принимать значения 0 или EXCEPTION_NONCONTINUABLE. Если вы указали EXCEPTION_NONCONTINUABLE, то фильтр обработчика исключения не может вернуть значение EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION. Если фильтр все же вернет это значение, то система возбудит еще одно исключение с кодом EXCEPTION_NONCONTINUABLE_EXCEPTION.
Параметры NumberParameters и Exceptionlnformation могут использоваться для передачи параметров исключения. Они доступны обработчику через структуру EXCEPTION_RECORD. Обычно эти параметры нулевые. Если все же надо передать параметры, то nNumberOfArguments содержит количество указателей ULONG_PTR в массиве pArguments.

Пример вызова RaiseException
RaiseException(STATUS_NO_MEMORY, EXCEPTION_NONCONTINUABLE, 0, NULL);
// Сообщаем о том, что в системе нет памяти, и запрещаем перезапуск приложения со следующей инструкции. Предполагаем, что обработчики исключения не в состоянии изыскать недостающую память, т.е. перезапуск не имеет смысла.

Необработанные исключения
Если произошло исключение, непредусмотренное программой (обработчика не существует), то вызывается функция-фильтр системного обработчика с предложением аварийно закончить приложение или выполнить его отладку.
Прототип системной функции:
LONG WINAPI UnhandledExceptionFilter(
_In_ struct _EXCEPTION_POINTERS *ExceptionInfo
);
Параметр ExceptionInfo [in] указывает на структуру типа
EXCEPTION_POINTERS, где содержится описание исключения и контекст процессора на момент исключения (то, что возвращает ф-ция GetExceptionInformation)
Возвращаемые значения: передать управление
EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH - отладчику приложения
EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER – обработчику исключения

Замена системной функции-фильтра
С помощью функции:
LPTOP_LEVEL_EXCEPTION_FILTER WINAPI SetUnhandledExceptionFilter(
_In_ LPTOP_LEVEL_EXCEPTION_FILTER lpTopLevelExceptionFilter
);
Функция возвращает адрес старой функции-фильтра или NULL, если установлен системный обработчик исключений.
Параметр – указатель на новую функцию-фильтр, она должна иметь прототип, соответствующий системной функции-фильтру UnhandledExceptionFilter
Новая функция-фильтр должна возвращать одно из значений:
EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER – прекращение выполнения программы
EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION – возобновление выполнения
с точки исключения
EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH – выполняется системная
функция UnhandledExceptionFilter
Для восстановления системной функции нужно вызвать функцию UnhandledExceptionFilter с параметром NULL

Обработка вложенных исключений
Возможно вложение блоков _try и _except в другой блок _try. Если функция-фильтр внутреннего _except возвращает EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH, то система удаляет все локальные объекты, принадлежащие текущим блокам _try и _except и хранящиеся в стеке процесса, и продолжает поиск обработчика исключений во внешних блоках _try и _except, т.е. фактически система очищает стек процесса.
Фрейм стека – область стека, занимаемая локальными объектами одного блока.
При обработке вложенных исключений выполняется глобальная раскрутка стека или просто раскрутка стека, т.е. очистка стека процесса от локальных объектов, определенных внутри вложенных блоков.

Передача управления и выход из фрейма
Инструкция C++ goto : система считает, что блок завершился аварийно и выполняет глобальную раскрутку стека (исполнение дополнительного программного кода, замедление выполнения программы) – подход часто используется для обхода инструкции, следующей после блока _except (свидетельствует о плохой структурированности программы).
Инструкция MS C++ _leave – без аварийного выхода, не начиная раскрутки стека.

Встраивание SEH в механизм исключений С++
В Visual C++ есть функция _set_se_translator, преобразующая структурные исключения (SEH) в исключения C++.
В функции-трансляторе можно использовать инструкцию throw (C++), кот.будет выбрасывать исключение С++ нужного типа.
Прототип (С++, С#):
typedef void (*_se_translator_function)(unsigned int, struct _EXCEPTION_POINTERS* );
описан в заголовочном файле eh.h.
Ничего не возвращает, получает 2 параметра: код исключения и указатель на структуру _EXCEPTION_POINTERS.
Функция для установки функции-транслятора
se_translator_function
_set_se_translator(_se_translator_function seTransFunction );
Параметр – указатель на новую функцию-транслятор,
Возвращает адрес старой функции, которую можно восстановить вызовом этой же функции _set_se_translator (если функция устанавливается впервые? возвращаемое значение может быть NULL)

Финальная обработка исключений
Еще один способ обработки исключений
Структура финальной обработки
__try
{
//Охраняемый код
}
__finally
{ //Финальный код
}
Финальная обработка исключений используется для того, чтобы при любом исходе исполнения блока __try освободить ресурсы (память, файлы, критические секции и т.п.), которые были захвачены внутри этого блока.
Финальный код будет выполняться в любом случае. Во избежание ошибок необходимо проверять завершение блока _try – нормальное или нет.

Проверка завершения фрейма
Управление из блока _try может быть передано одним из следующих способов:
Нормальное завершение блока;
Выход из блока при помощи управляющей инструкции __leave – нормальное завершение;
Выход из блока при помощи одной из управляющих инструкций return, break, continue или goto – ненормальное завершение блока;
Передача управления обработчику исключения -– ненормальное завершение блока.
Чтобы определить, как завершился блок __try, используется функция:
BOOL AbnormalTermination(VOID);
возвращает ненулевое значение, если завершение ненормальное, иначе – FALSE.
Используя эту функцию, ресурсы, захваченные в блоке __try, можно освобождать только, если блок __try завершился ненормально.

Обработка вложенных финальных блоков
Можно вкладывать блоки _try и _finally в другой блок _try.
Если внутри самого внутреннего блока произошло исключение, то выполняется раскрутка стека (как и при фреймовой обработке)
При раскрутке стека управление передается всем вложенным блокам _finally в порядке, обратном их вложенности.