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windows C++ 异常调用栈简析


发布时间: 2022-11-24 17:51:00    浏览次数:10 次

楔子

以win11 + vs2022运行VC++ 编译观察的结果。
如果安装了Visual Studio 2022,比如安装在D盘,则路径:

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

下面包含了vcruntime.dll的源码,主要VC编译器和ntdll.dll 以及KernelBase.dll交互。
注:本篇不叙述正常的windows用户态和内核态异常处理,仅看用户态下偏角的运作方式。



代码

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

try里面抛出一个异常,异常调用堆栈如下



分析

红色箭头,throw抛出异常之后,调用了_CxxThrowException函数,这个函数刚好在vcruntime.dll里面。
image
_CxxThrowException函数源码在VS路径:

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
) {
    //为了方便观看,此处省略一万字
    RaiseException(EH_EXCEPTION_NUMBER, EXCEPTION_NONCONTINUABLE, _countof(parameters), parameters);
}

_CxxThrowException又调用了RaiseException函数。RaiseException函数会进入到内核里面分别调用如下:

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

windows异常分为内核态和用户态处理过程,RtlpExecuteHandlerForException则刚好是用户态处理过程。这些过程过于复杂,此处为了避免无端枝节,不赘述。

RtlpExecuteHandlerForException是调用异常处理的函数,通俗点就是跳转到catch地址,然后执行catch后面的代码。

在VS2022里面,异常处理函数是__CxxFrameHandler4(此函数在vcruntime.dll里面)
源码在路径:

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

__CxxFrameHandler4后面的调用函数是:

__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-》

到了这里看似已经接近完成了,但是实际上还远不止如此。如果再继续调用,会直接跳到函数

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

从__CxxFrameHandler4到RcConsolidateFrames经历什么?会发现跟上面的对不上。堆栈也没有显示。
为此,还需要继续跟踪



汇编

为了能看到从__CxxFrameHandler4到RcConsolidateFrames经历什么,我们跟踪下汇编
image
__CxxFrameHandler4调用了RtlGuardRestoreContext,继续单步F11,RtlGuardRestoreContext里面调用了函数RtlRestoreContext
image
RtlRestoreContext里面有个跳转指令jmp rdx。看下图:
image
jmp指令调到了如下
image
而call rax的rax就是CxxCallCatchBlock函数的指针。
因为RcConsolidateFrames函数是在ntdll.dll里面没有被开源,所以两次跳转(jmp 和 call 应该是这个函数里面所做的动作)
如此一来就对上上面的那个函数调用顺序(从上到下),但是还有一个问题,这个try里面抛出了异常,那么catch是何时被执行的呢?



Catch

理顺了RcConsolidateFrames函数调用顺序,RcConsolidateFrames自己则调用了函数CxxCallCatchBlock。这个函数里面调用了catch处理异常。
CxxCallCatchBlock函数源码地址:

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

源码:

void * RENAME_EH_EXTERN(__FrameHandler4)::CxxCallCatchBlock(
    EXCEPTION_RECORD *pExcept
    )
{
          //为了方便观看,此处省略一万行
            continuationAddress = RENAME_EH_EXTERN(_CallSettingFrame_LookupContinuationIndex)
}
RENAME_EH_EXTERN(_CallSettingFrame_LookupContinuationIndex)
这段的原型是:

image

image



注意的点:

CxxCallCatchBlock函数不会返回,直接跳转到catch大括号下面的代码里面继续执行后面的代码段。

void * RENAME_EH_EXTERN(__FrameHandler4)::CxxCallCatchBlock(
    EXCEPTION_RECORD *pExcept
    )
{
   //为了便于观察, 此处省略一万字,
    return continuationAddress;
}

image

总结下:

堆栈的调用如下:

	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:江湖评谈
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image

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