相比較其他傳統(tǒng)的語言，C++的一個變革的特征是支持異常處理。相對于傳統(tǒng)語言的不清楚容易錯誤的錯誤處理機(jī)制，C++的異常處理是一個非常好的替代。在正常的代碼和錯誤處理代碼之間清楚的分割使得程序非常整潔和宜于維護(hù)。本文討論編譯器怎么實(shí)現(xiàn)異常處理。假設(shè)讀者熟悉異常處理的語法。本文包含一個異常處理的VC++的庫來替代VC++的異常處理，使用這個函數(shù)：

　install_my_handler();

　　在這以后，程序中發(fā)生的任何異常(包含拋出異常到stackunwinding，調(diào)用catch塊和繼續(xù)執(zhí)行)都使用我自己的異常處理庫。

　　譯者注：當(dāng)異常出現(xiàn)時，正常的執(zhí)行流被中斷，異常處理機(jī)制開始在當(dāng)前范圍尋找匹配的處理函數(shù)。如果找不到，把當(dāng)前函數(shù)從棧中彈出，在調(diào)用者中繼續(xù)尋找。這個過程稱為stackunwinding

　　像其他C++特征一樣，C++的標(biāo)準(zhǔn)并沒有指定異常處理的實(shí)現(xiàn)機(jī)制。這使得C++實(shí)現(xiàn)者可以使用任何實(shí)現(xiàn)機(jī)制。我將講述VC++怎么實(shí)現(xiàn)的。VC++把異常處理置于SHE(Structuredexceptionhangling)的上面。SHE是windows操作系統(tǒng)提供的結(jié)構(gòu)化的異常處理。

　　SHE導(dǎo)論

　　在本討論中，我將考慮那些顯式的異常。例如被0除，空指針訪問等。當(dāng)異常出現(xiàn)，中斷會產(chǎn)生，控制被轉(zhuǎn)到OS。OS調(diào)用異常處理，檢查從異常發(fā)出的函數(shù)開始的函數(shù)調(diào)用順序，執(zhí)行stackunwinding和控制轉(zhuǎn)移。我們可以開發(fā)自己的異常處理函數(shù)，在OS中注冊。OS就會在異常事件時調(diào)用它們。

　　Windows定義了一個特別的結(jié)構(gòu)用來注冊：

　　EXCEPTION_REGISTRATION:

　　struct EXCEPTION_REGISTRATION

　　EXCEPTION_REGISTRATION *prev;

　　DWORD handler;

　　;

　　要注冊自己的異常處理函數(shù)，創(chuàng)建這個結(jié)構(gòu)并將它的地址保存在段(由FS寄存器指向)的0偏移處。如下面的偽匯編指令：

　　mov FS:[0], exc_regp

　　結(jié)構(gòu)中的prev字段表示EXCEPTION_REGISTRATION鏈表。當(dāng)我們注冊了這個EXCEPTION_REGISTRATION結(jié)構(gòu)，我們使用這個prev字段保存以前注冊的結(jié)構(gòu)的地址。

　　關(guān)于異?；卣{(diào)函數(shù)，windows要求異常處理的信號，定義在excp.h文件中：

　　EXCEPTION_DISPOSITION (*handler)(

　　_EXCEPTION_RECORD *ExcRecord,

　　void * EstablisherFrame,

　　_CONTEXT *ContextRecord,

　　void * DispatcherContext);

　　現(xiàn)在你可以忽略所有的參數(shù)和返回類型。下面的程序在OS中注冊了一個異常處理句柄并將產(chǎn)生一個被0除的異常。這個異常被抓到并將打印一個消息：

　　#include

　　#include

　　using std::cout;

　　using std::endl;

　　struct EXCEPTION_REGISTRATION

　　EXCEPTION_REGISTRATION *prev;

　　DWORD handler;

　　;

　　EXCEPTION_DISPOSITION myHandler(

　　_EXCEPTION_RECORD *ExcRecord,

　　void * EstablisherFrame,

　　_CONTEXT *ContextRecord,

　　void * DispatcherContext)

　　cout << "In the exception handler" << endl;

　　cout << "Just a demo. exiting..." << endl;

　　exit(0);

　　return ExceptionContinueExecution; //will not reach here

　　int g_div = 0;

　　void bar()

　　//initialize EXCEPTION_REGISTRATION structure

　　EXCEPTION_REGISTRATION reg, *preg = ?

　　reg.handler = (DWORD)myHandler;

　　//get the current head of the exception handling chain

　　DWORD prev;

　　_asm

　　mov EAX, FS:[0]

　　mov prev, EAX

　　reg.prev = (EXCEPTION_REGISTRATION*) prev;

　　//register it!

　　_asm

　　mov EAX, preg

　　mov FS:[0], EAX

　　//generate the exception

　　int j = 10 / g_div; //Exception. Divide by 0.

　　int main()

　　bar();

　　return 0;

　　/*output

　　In the exception handler

　　Just a demo. exiting...

　　-*/

　　注意：windows嚴(yán)格地定義了一個規(guī)則：EXCEPTION_REGISTRATION結(jié)構(gòu)應(yīng)該在棧內(nèi)，并且要在以前的代碼的低的內(nèi)存地址。規(guī)則不滿足，windows將中止程序。

　　函數(shù)和堆棧

　　堆棧是一塊連續(xù)的內(nèi)存，用來保存函數(shù)的局部對象。更明確的說，每一個函數(shù)都有關(guān)聯(lián)的棧幀(譯注:stackframe,在調(diào)用函數(shù)時,進(jìn)入函數(shù)以后第一句應(yīng)該是pushebp，然后movebp,esp,所以ebp一般都指向當(dāng)前函數(shù)進(jìn)入時的棧頂，而且指向的內(nèi)容是上一層調(diào)用函數(shù)進(jìn)入時棧頂,如此向外，最后找到0，就是系統(tǒng)的入口，這樣一個函數(shù)使用的那些棧應(yīng)該就是一幀)來保存所有的函數(shù)局部對象和函數(shù)表達(dá)式產(chǎn)生的臨時對象(譯注：1.C++里對象的意義很廣泛，不只是class,結(jié)構(gòu)，簡單類型也是對象2.臨時對象，學(xué)過編譯原理的話應(yīng)該很清楚，舉個例子，比如有一個函數(shù)是intmyfun();你在函數(shù)中這樣寫intret=myfun();這樣myfun()返回的結(jié)果就放到了ret里，如果你寫成myfun();而不理它的返回值，你雖然不理它，但是仍然會有它返回值存放的地方，這就是一個臨時的對象，在vc的調(diào)試環(huán)境了，看auto變量的頁面就可以看到臨時的變量)。請注意上面描述只是很典型的情況。而實(shí)際上，編譯器可能會儲存所有或部分的變量到寄存器里，以便獲得更快的執(zhí)行速度(譯注：編譯器優(yōu)化)。堆棧是一個處理器(CPU)級就支持的概念(譯注：之所以這么說，因?yàn)閰R編代碼里就有push和pop).處理器提供內(nèi)部的寄存器和特殊的指令來實(shí)現(xiàn)堆棧處理

　　圖 2顯示了一個典型的棧，這是當(dāng)函數(shù)foo調(diào)用函數(shù)bar，然后bar調(diào)用函數(shù)widget以后的棧的內(nèi)容。請注意棧是向下增長的(譯注：平時我在紙上畫棧都是低地址在上，所以作者的這個圖看起來感覺有點(diǎn)怪，但是看懂應(yīng)該沒有問題)，這意味著下一個將要入棧的元素所在的地址將比前一個元素的地址更小(低)。編譯器用ESP寄存器來鑒別當(dāng)前的棧幀，在上圖所示的情況下，widget時正在執(zhí)行鼓票的函數(shù),EBP寄存器指向了widget的棧幀(就是函數(shù)進(jìn)入時，push了ebp以后的棧頂位置)。函數(shù)訪問局部變量都是用局部變量所在的位置相對于幀頂?shù)钠屏?。編譯器在編譯的時候就把所有的局部變量從名字變成固定的相對于幀頂?shù)钠疲纾瑆idget函數(shù)訪問它的一個局部變量就用ebp-24來指明它的位置

　　上圖也顯示了ESP寄存器，在圖示的情況下，它指向了堆棧的最后一項(xiàng)，也就是處于widget幀的尾部，下一幀將從這個位置開始

　　處理器支持兩種棧操作:push 和 pop:

　　pop EAX

　　意味著從esp所在的位置讀4個字節(jié)到eax中，然后把esp增加4(32位的處理器下)。同樣的,

　　push EBP

　　意味著把esp減4，然后把ebp的內(nèi)容寫到esp指向的地方。

　　當(dāng)編譯器編譯一個函數(shù)， 它在函數(shù)頭部添加一些創(chuàng)建和初始化函數(shù)棧幀的代碼，同樣，在函數(shù)結(jié)尾加上從堆棧里彈出棧幀的代碼。

　　典型的，編譯器在函數(shù)頭部生成

　　Push EBP ; save current frame pointer on stack

　　Mov EBP, ESP ; Activate the new frame

　　Sub ESP, 10 ; Subtract. Set ESP at the end of the frame

　　第一句保存當(dāng)前的幀指針ebp到堆棧里，第二句通過設(shè)置ebp到當(dāng)前的esp來激活當(dāng)前的函數(shù)幀，.第三句設(shè)置esp寄存器到當(dāng)前幀的尾部，就是把esp減去本函數(shù)內(nèi)的局部對象的總長度。編譯器在編譯的時候就知道有多少的局部對象和每個對象的長度，所以能夠清楚地知道一個函數(shù)的幀的確切長度

　　在函數(shù)結(jié)束時把當(dāng)前幀從堆棧中彈出

　　Mov ESP, EBP

　　Pop EBP ; activate caller"s frame

　　Ret ; return to the caller

　　恢復(fù)ESP和EBP，然后執(zhí)行RET

　　當(dāng)處理器執(zhí)行RET指令時，實(shí)際上類似執(zhí)行了一條popeip,把棧里保存的EIP彈出，然后跳到EIP處開始執(zhí)行。相反，call指令執(zhí)行的時候先把當(dāng)前的EIP推入堆棧，然后jmp到相應(yīng)的地址，

　　圖 3 顯示了運(yùn)行時堆棧的更多詳細(xì)信息。如圖所示，函數(shù)參數(shù)也是函數(shù)幀的一部分，調(diào)用函數(shù)者把參數(shù)推入堆棧，然后函數(shù)返回否執(zhí)行

　　Add ESP, args_size

　　或者，采用另一種RET指令，如下

　　Ret 24

　　相當(dāng)于返回后，執(zhí)行了 ADD ESP , 24

　　注意沒有進(jìn)程里的每隔線程都有它自己的茶
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