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windows C++ 異常呼叫棧簡析

2022-10-11 15:00:17

楔子

以win11 + vs2022執行VC++ 編譯觀察的結果。
如果安裝了Visual Studio 2022,比如安裝在D槽，則路徑：

D:\Visual Studio\IDE\VC\Tools\MSVC\14.33.31629

下面包含了vcruntime.dll的原始碼，主要VC編譯器和ntdll.dll 以及KernelBase.dll互動。
注：本篇不敘述正常的windows使用者態和核心態例外處理，僅看使用者態下偏角的運作方式。



程式碼

void main()
{
	char* pStr = NULL;
	try
	{
		throw pStr;
	}
	catch (char* s)
	{
		printf("Hello S");
	}
	getchar();
}

try裡面丟擲一個異常，異常呼叫堆疊如下



分析

紅色箭頭，throw丟擲異常之後，呼叫了_CxxThrowException函數，這個函數剛好在vcruntime.dll裡面。

_CxxThrowException函數原始碼在VS路徑：

D:\Visual Studio\IDE\VC\Tools\MSVC\14.33.31629\crt\src\vcruntime\throw.cpp

extern "C" __declspec(noreturn) void __stdcall _CxxThrowException(
    void *pExceptionObject, // The object thrown
    _ThrowInfo *pThrowInfo  // Everything we need to know about it
) {
    //為了方便觀看，此處省略一萬字
    RaiseException(EH_EXCEPTION_NUMBER, EXCEPTION_NONCONTINUABLE, _countof(parameters), parameters);
}

_CxxThrowException又呼叫了RaiseException函數。RaiseException函數會進入到核心裡面分別呼叫如下：

ntdll.dll!KiUserExceptionDispatch-》
ntdll.dll!RtlDispatchException-》
ntdll.dll!RtlpExecuteHandlerForException-》

windows異常分為核心態和使用者態處理過程，RtlpExecuteHandlerForException則剛好是使用者態處理過程。這些過程過於複雜，此處為了避免無端枝節，不贅述。

RtlpExecuteHandlerForException是呼叫例外處理的函數，通俗點就是跳轉到catch地址，然後執行catch後面的程式碼。

在VS2022裡面，例外處理函數是__CxxFrameHandler4（此函數在vcruntime.dll裡面）
原始碼在路徑：

D:\Visual Studio\IDE\VC\Tools\MSVC\14.33.31629\crt\src\vcruntime\risctrnsctrl.cpp

__CxxFrameHandler4後面的呼叫函數是：

__CxxFrameHandler4-》
vcruntime140_1d.dll!__InternalCxxFrameHandler-》
vcruntime140_1d.dll!FindHandler-》
vcruntime140_1d.dll!CatchIt-》
vcruntime140_1d.dll!__FrameHandler4::UnwindNestedFrames-》
ntdll.dll!RtlUnwindEx-》
ntdll.dll!RtlGuardRestoreContext-》
ntdll.dll!RtlRestoreContext-》
ntdll.dll!RtlpExecuteHandlerForUnwind-》
vcruntime140_1d.dll!__CxxFrameHandler4-》

到了這裡實際上已經接近完成了，但是實際上還遠不止如此。如果再繼續呼叫，會直接跳到函數

ntdll.dll!RcConsolidateFrames -》
vcruntime140_1d.dll!__FrameHandler4::CxxCallCatchBlock

從__CxxFrameHandler4到RcConsolidateFrames經歷什麼？會發現跟上面的對不上。堆疊也沒有顯示。
為此，還需要繼續跟蹤



組合

為了能看到從__CxxFrameHandler4到RcConsolidateFrames經歷什麼，我們跟蹤下組合

__CxxFrameHandler4呼叫了RtlGuardRestoreContext，繼續單步F11,RtlGuardRestoreContext裡面呼叫了函數RtlGuardRestoreContext

RtlGuardRestoreContext裡面有個跳轉指令jmp rdx。看下圖：

jmp指令調到了如下

而call rax的rax就是CxxCallCatchBlock函數的地址。
因為RcConsolidateFrames函數是在ntdll.dll裡面沒有被開源，所以兩次跳轉（jmp 和 call 應該是這個函數裡面所做的動作）
如此一來就對上上面的那個函數呼叫順序（從上到下），但是還有一個問題，這個try裡面丟擲了異常，那麼catch是何時被執行的呢？



Catch

理順了RcConsolidateFrames函數呼叫順序，RcConsolidateFrames自己則呼叫了函數CxxCallCatchBlock。這個函數裡面呼叫了catch處理異常。
CxxCallCatchBlock函數原始碼地址：

D:\Visual Studio\IDE\VC\Tools\MSVC\14.33.31629\crt\src\vcruntime\frame.cpp（1344行）

原始碼：

void * RENAME_EH_EXTERN(__FrameHandler4)::CxxCallCatchBlock(
    EXCEPTION_RECORD *pExcept
    )
{
          //為了方便觀看，此處省略一萬行
            continuationAddress = RENAME_EH_EXTERN(_CallSettingFrame_LookupContinuationIndex)
}

RENAME_EH_EXTERN(_CallSettingFrame_LookupContinuationIndex)
這段的原型是：



總結下：

堆疊的呼叫如下：

	vcruntime140_1d.dll!__FrameHandler4::CxxCallCatchBlock
	(jmp rdx)ntdll.dll!RcConsolidateFrames
	ntdll.dll!RtlRestoreContext
	ntdll.dll!RtlGuardRestoreContext	
 	ntdll.dll!RtlUnwindEx	
 	vcruntime140_1d.dll!__FrameHandler4::UnwindNestedFrames
 	vcruntime140_1d.dll!CatchIt
 	vcruntime140_1d.dll!FindHandler
 	vcruntime140_1d.dll!__InternalCxxFrameHandler
 	vcruntime140_1d.dll!__CxxFrameHandler4	
 	ntdll.dll!RtlpExecuteHandlerForException()	
 	ntdll.dll!RtlDispatchException
 	ntdll.dll!KiUserExceptionDispatch()
 	KernelBase.dll!RaiseException()
 	vcruntime140d.dll!_CxxThrowException
 	ConsoleApplication2.exe!main

作者：江湖評談
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