1. 一個(gè)進(jìn)程中可以同時(shí)包含多個(gè)線(xiàn)程。
   　
2. 我們通常認(rèn)為線(xiàn)程是操作系統(tǒng)可識(shí)別的最小并發(fā)執(zhí)行和調(diào)度單位（不要跟俺說(shuō)還有 Green Thread 或者 Fiber，OS Kernel 不認(rèn)識(shí)也不參與這些物件的調(diào)度）。
   　
3. 同一進(jìn)程中的多個(gè)線(xiàn)程共享代碼段（代碼和常量）、數(shù)據(jù)段（靜態(tài)和全局變量）和擴(kuò)展段（堆存儲(chǔ)），但是每個(gè)線(xiàn)程有自己的棧段。棧段又叫運(yùn)行時(shí)棧，用來(lái)存放所有局部變量和臨時(shí)變量（參數(shù)、返回值、臨時(shí)構(gòu)造的變量等）。這一條對(duì)下文中的某些概念來(lái)說(shuō)是非常重要的 。但是請(qǐng)注意，這里提到的各個(gè)“段”都是邏輯上的說(shuō)法，在物理上某些硬件架構(gòu)或者操作系統(tǒng)可能不使用段式存儲(chǔ)。不過(guò)沒(méi)關(guān)系，編譯器會(huì)保證這些邏輯概念和假設(shè)的前提條件對(duì)每個(gè) C/C++ 程序員來(lái)說(shuō)始終是成立的。
   　
4. 由于共享了除棧以外的所有內(nèi)存地址段，線(xiàn)程不可以有自己的“靜態(tài)”或“全局”變量，為了彌補(bǔ)這一缺憾，操作系統(tǒng)通常會(huì)提供一種稱(chēng)為 TLS（Thread Local Storage，即：“線(xiàn)程本地存儲(chǔ)”）的機(jī)制。通過(guò)該機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)類(lèi)似的功能。TLS 通常是線(xiàn)程控制塊（TCB）中的某個(gè)指針?biāo)赶虻囊粋€(gè)指針數(shù)組，數(shù)組中的每個(gè)元素稱(chēng)為一個(gè)槽（Slot），每個(gè)槽中的指針由使用者定義，可以指向任意位置（但通常是指向堆存儲(chǔ)中的某個(gè)偏移）。

1. 傳遞參數(shù)：通常，函數(shù)的調(diào)用參數(shù)總是在這個(gè)函數(shù)棧框架的最頂端。
2. 傳遞返回地址：告訴被調(diào)用者的 return 語(yǔ)句應(yīng)該 return 到哪里去，通常指向該函數(shù)調(diào)用的下一條語(yǔ)句（代碼段中的偏移）。
3. 存放調(diào)用者的當(dāng)前棧指針：便于清理被調(diào)用者的所有局部變量、并恢復(fù)調(diào)用者的現(xiàn)場(chǎng)。
4. 存放當(dāng)前函數(shù)內(nèi)的所有局部變量：記得嗎？剛才說(shuō)過(guò)所有局部和臨時(shí)變量都是存儲(chǔ)在棧上的。

最后再?gòu)?fù)習(xí)一點(diǎn)：棧是一種“后進(jìn)先出”（LIFO）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不過(guò)實(shí)際上大部分棧的實(shí)現(xiàn)都支持隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)。

下面我們來(lái)看個(gè)具體例子：

假設(shè)有 FuncA、FuncB 和 FuncC 三個(gè)函數(shù)，每個(gè)函數(shù)均接收兩個(gè)整形值作為其參數(shù)。在某線(xiàn)程上的某一時(shí)間段內(nèi)，F(xiàn)uncA 調(diào)用了 FuncB，而 FuncB 又調(diào)用了 FuncC。則，它們的棧框架看起來(lái)應(yīng)該像這樣：

圖1 函數(shù)調(diào)用棧框架示例

正如上圖所示的那樣，隨著函數(shù)被逐級(jí)調(diào)用，編譯器會(huì)為每一個(gè)函數(shù)建立自己的棧框架，棧空間逐漸消耗。隨著函數(shù)的逐級(jí)返回，該函數(shù)的棧框架也將被逐級(jí)銷(xiāo)毀，棧空間得以逐步釋放。順便說(shuō)一句，遞歸函數(shù)的嵌套調(diào)用深度通常也是取決于運(yùn)行時(shí)棧空間的剩余尺寸。

這里順便解釋另一個(gè)術(shù)語(yǔ)：調(diào)用約定（calling convention）。調(diào)用約定通常指：調(diào)用者將參數(shù)壓入棧中（或放入寄存器中）的順序，以及返回時(shí)由誰(shuí)（調(diào)用者還是被調(diào)用者）來(lái)清理這些參數(shù)等細(xì)節(jié)規(guī)程方面的約定。

最后再說(shuō)一句，這里所展示的函數(shù)調(diào)用乃是最“經(jīng)典”的方式。實(shí)際情況是：在開(kāi)啟了優(yōu)化選項(xiàng)后，編譯器可能不會(huì)為一個(gè)內(nèi)聯(lián)甚至非內(nèi)聯(lián)的函數(shù)生成棧框架，編譯器可能使用很多優(yōu)化技術(shù)消除這個(gè)構(gòu)造。不過(guò)對(duì)于一個(gè) C/C++ 程序員來(lái)說(shuō)，達(dá)到這樣的理解程度通常就足夠了。

1. 該函數(shù)可能會(huì)直接或間接地拋出一個(gè)異常：即該函數(shù)的定義存放在一個(gè) C++ 編譯（而不是傳統(tǒng) C）單元內(nèi)，并且該函數(shù)沒(méi)有使用“throw()”異常過(guò)濾器。
2. 或者該函數(shù)的定義內(nèi)使用了 try 塊。

以上兩者滿(mǎn)足其一即可。為了能夠成功地捕獲異常和正確地完成棧回退（stack unwind），編譯器必須要引入一些額外的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的處理機(jī)制。我們首先來(lái)看看引入了異常處理機(jī)制的棧框架大概是什么樣子：

圖2 C++函數(shù)調(diào)用棧框架示例

由圖2可見(jiàn)，在每個(gè) C++ 函數(shù)的棧框架中都多了一些東西。仔細(xì)觀察的話(huà)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，多出來(lái)的東西正好是一個(gè) EXP 類(lèi)型的結(jié)構(gòu)體。進(jìn)一步分析就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這是一個(gè)典型的單向鏈表式結(jié)構(gòu)：

• piPrev 成員指向鏈表的上一個(gè)節(jié)點(diǎn)，它主要用于在函數(shù)調(diào)用棧中逐級(jí)向上尋找匹配的 catch 塊，并完成棧回退工作。

• piHandler 成員指向完成異常捕獲和棧回退所必須的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（主要是兩張記載著關(guān)鍵數(shù)據(jù)的表：“try”塊表：tblTryBlocks 及“棧回退表”：tblUnwind）。

• nStep 成員用來(lái)定位 try 塊，以及在棧回退表中尋找正確的入口。

需要說(shuō)明的是：編譯器會(huì)為每一個(gè)“C++ 函數(shù)”定義一個(gè) EHDL 結(jié)構(gòu)，不過(guò)只會(huì)為包含了“try”塊的函數(shù)定義 tblTryBlocks 成員。此外，異常處理器還會(huì)為每個(gè)線(xiàn)程維護(hù)一個(gè)指向當(dāng)前異常處理框架的指針。該指針指向異常處理器鏈表的鏈尾，通常存放在某個(gè) TLS 槽或能起到類(lèi)似作用的地方。

最后，請(qǐng)?jiān)倏匆槐閳D2，并至少對(duì)其中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)留下一個(gè)大體印象。我們會(huì)在后面多個(gè)小節(jié)中詳細(xì)討論它們。

注意：為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，本文中描述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)，大多省略了一些與話(huà)題無(wú)關(guān)的成員。

受益于棧回退機(jī)制的引入，以及 C++ 類(lèi)所支持的“資源申請(qǐng)即初始化”語(yǔ)意，使得我們終于能夠徹底告別既不優(yōu)雅也不安全的 setjmp/longjmp 調(diào)用，簡(jiǎn)便又安全地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程跳轉(zhuǎn)了。我想這也是 C++ 異常處理機(jī)制在錯(cuò)誤處理以外唯一一種合理的應(yīng)用方式了。

下面我們就來(lái)具體看看編譯器是如何實(shí)現(xiàn)棧回退機(jī)制的：

圖3 C++ 棧回退機(jī)制

圖3中的“FuncUnWind”函數(shù)內(nèi)，所有真實(shí)代碼均以黑色和藍(lán)色字體標(biāo)示，編譯器生成的代碼則由灰色和橙色字體標(biāo)明。此時(shí)，在圖2里給出的 nStep 變量和 tblUnwind 成員作用就十分明顯了。

nStep 變量用于跟蹤函數(shù)內(nèi)局部對(duì)象的構(gòu)造、析構(gòu)階段。再配合編譯器為每個(gè)函數(shù)生成的 tblUnwind 表，就可以完成退棧機(jī)制。表中的 pfnDestroyer 字段記錄了對(duì)應(yīng)階段應(yīng)當(dāng)執(zhí)行的析構(gòu)操作（析構(gòu)函數(shù)指針）；pObj 字段則記錄了與之相對(duì)應(yīng)的對(duì)象 this 指針偏移。將 pObj 所指的偏移值加上當(dāng)前棧框架基址（EBP），就是要代入 pfnDestroyer 所指析構(gòu)函數(shù)的 this 指針，這樣即可完成對(duì)該對(duì)象的析構(gòu)工作。而 nNextIdx 字段則指向下一個(gè)需要析構(gòu)對(duì)象所在的行（下標(biāo)）。

在發(fā)生異常時(shí)，異常處理器首先檢查當(dāng)前函數(shù)棧框架內(nèi)的 nStep 值，并通過(guò) piHandler 取得 tblUnwind[] 表。然后將 nStep 作為下標(biāo)帶入表中，執(zhí)行該行定義的析構(gòu)操作，然后轉(zhuǎn)向由 nNextIdx 指向的下一行，直到 nNextIdx 為 -1 為止。在當(dāng)前函數(shù)的棧回退工作結(jié)束后，異常處理器可沿當(dāng)前函數(shù)棧框架內(nèi) piPrev 的值回溯到異常處理鏈中的上一節(jié)點(diǎn)重復(fù)上述操作，直到所有回退工作完成為止。

值得一提的是，nStep 的值完全在編譯時(shí)決定，運(yùn)行時(shí)僅需執(zhí)行若干次簡(jiǎn)單的整形立即數(shù)賦值（通常是直接賦值給CPU里的某個(gè)寄存器）。此外，對(duì)于所有內(nèi)部類(lèi)型以及使用了默認(rèn)構(gòu)造、析構(gòu)方法（并且它的所有成員和基類(lèi)也使用了默認(rèn)方法）的類(lèi)型，其創(chuàng)建和銷(xiāo)毀均不影響 nStep 的值。

注意：如果在棧回退的過(guò)程中，由于析構(gòu)函數(shù)的調(diào)用而再次引發(fā)了異常（異常中的異常），則被認(rèn)為是一次異常處理機(jī)制的嚴(yán)重失敗。此時(shí)進(jìn)程將被強(qiáng)行禁止。為防止出現(xiàn)這種情況，應(yīng)在所有可能拋出異常的析構(gòu)函數(shù)中使用“std::uncaught_exception()”方法判斷當(dāng)前是否正在進(jìn)行棧回退（即：存在一個(gè)未捕獲或未完全處理完畢的異常）。如是，則應(yīng)抑制異常的再次拋出。

圖4 C++ 異常捕獲機(jī)制

在上一小節(jié)中，我們已經(jīng)看到了 nStep 變量在跟蹤對(duì)象構(gòu)造、析構(gòu)方面的作用。實(shí)際上 nStep 除了能夠跟蹤對(duì)象創(chuàng)建、銷(xiāo)毀階段以外，還能夠標(biāo)識(shí)當(dāng)前執(zhí)行點(diǎn)是否在 try 塊中，以及（如果當(dāng)前函數(shù)有多個(gè) try 塊的話(huà)）究竟在哪個(gè) try 塊中。這是通過(guò)在每一個(gè) try 塊的入口和出口各為 nStep 賦予一個(gè)唯一 ID 值，并確保 nStep 在對(duì)應(yīng) try 塊內(nèi)的變化恰在此范圍之內(nèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

在具體實(shí)現(xiàn)異常捕獲時(shí)，首先，C++ 異常處理器檢查發(fā)生異常的位置是否在當(dāng)前函數(shù)的某個(gè) try 塊之內(nèi)。這項(xiàng)工作可以通過(guò)將當(dāng)前函數(shù)的 nStep 值依次在 piHandler 指向 tblTryBlocks[] 表的條目中進(jìn)行范圍為 [nBeginStep, nEndStep) 的比對(duì)來(lái)完成。

例如：若圖4 中的 FuncB 在 nStep == 2 時(shí)發(fā)生了異常，則通過(guò)比對(duì) FuncB 的 tblTryBlocks[] 表發(fā)現(xiàn) 2∈[1, 3)，故該異常發(fā)生在 FuncB 內(nèi)的第一個(gè) try 塊中。

其次，如果異常發(fā)生的位置在當(dāng)前函數(shù)中的某個(gè) try 塊內(nèi)，則嘗試匹配該 tblTryBlocks[] 相應(yīng)條目中的 tblCatchBlocks[] 表。tblCatchBlocks[] 表中記錄了與指定 try 塊配套出現(xiàn)的所有 catch 塊相關(guān)信息，包括這個(gè) catch 塊所能捕獲的異常類(lèi)型及其起始地址等信息。

若找到了一個(gè)匹配的 catch 塊，則復(fù)制當(dāng)前異常對(duì)象到此 catch 塊，然后跳轉(zhuǎn)到其入口地址執(zhí)行塊內(nèi)代碼。

否則，則說(shuō)明異常發(fā)生位置不在當(dāng)前函數(shù)的 try 塊內(nèi)，或者這個(gè) try 塊中沒(méi)有與當(dāng)前異常相匹配的 catch 塊，此時(shí)則沿著函數(shù)棧框架中 piPrev 所指地址（即：異常處理鏈中的上一個(gè)節(jié)點(diǎn)）逐級(jí)重復(fù)以上過(guò)程，直至找到一個(gè)匹配的 catch 塊或到達(dá)異常處理鏈的首節(jié)點(diǎn)。對(duì)于后者，我們稱(chēng)為發(fā)生了未捕獲的異常，對(duì)于 C++ 異常處理器而言，未捕獲的異常是一個(gè)嚴(yán)重錯(cuò)誤，將導(dǎo)致當(dāng)前進(jìn)程被強(qiáng)制結(jié)束。

注意：雖然在圖4示例中的 tblTryBlocks[] 只有一個(gè)條目，這個(gè)條目中的 tblCatchBlocks[] 也只有一行。但是在實(shí)際情況中，這兩個(gè)表中都允許有多條記錄。意即：一個(gè)函數(shù)中可以有多個(gè) try 塊，每個(gè) try 塊后均可跟隨多個(gè)與之配套的 catch 塊。

注意：按照標(biāo)準(zhǔn)意義上的理解，異常時(shí)的棧回退是伴隨著異常捕獲過(guò)程沿著異常處理鏈逐層向上進(jìn)行的。但是有些編譯器是在先完成異常捕獲后再一次性進(jìn)行棧回退的。無(wú)論具體實(shí)現(xiàn)使用了哪種方式，除非正在開(kāi)發(fā)一個(gè)內(nèi)存嚴(yán)格受限的嵌入式應(yīng)用，通常我們按照標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)意來(lái)理解都不會(huì)產(chǎn)生什么問(wèn)題。

備注：實(shí)際上 tblCatchBlocks 中還有一些較為關(guān)鍵但被故意省略的字段。比如指明該 catch 塊異常對(duì)象復(fù)制方式（傳值（拷貝構(gòu)造）或傳址（引用或指針））的字段，以及在何處存放被復(fù)制的異常對(duì)象（相對(duì)于入口地址的偏移位置）等信息。

圖5 C++ 異常拋出

在編譯一段 C++ 代碼時(shí)，編譯器會(huì)將所有 throw 語(yǔ)句替換為其 C++ 運(yùn)行時(shí)庫(kù)中的某一指定函數(shù)，這里我們叫它 __CxxRTThrowExp（與本文提到的所有其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和屬性名一樣，在實(shí)際應(yīng)用中它可以是任意名稱(chēng)）。該函數(shù)接收一個(gè)編譯器認(rèn)可的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（我們叫它 EXCEPTION 結(jié)構(gòu)）。這個(gè)結(jié)構(gòu)中包含了待拋出異常對(duì)象的起始地址、用于銷(xiāo)毀它的析構(gòu)函數(shù)，以及它的 type_info 信息。對(duì)于沒(méi)有啟用 RTTI 機(jī)制（編譯器禁用了 RTTI 機(jī)制或沒(méi)有在類(lèi)層次結(jié)構(gòu)中使用虛表）的異常類(lèi)層次結(jié)構(gòu)，可能還要包含其所有基類(lèi)的 type_info 信息，以便與相應(yīng)的 catch 塊進(jìn)行匹配。

在圖5中的深灰色框圖內(nèi)，我們使用 C++ 偽代碼展示了函數(shù) FuncA 中的 “throw myExp(1);” 語(yǔ)句將被編譯器最終翻譯成的樣子。實(shí)際上在多數(shù)情況下，__CxxRTThrowExp 函數(shù)即我們前面曾多次提到的“異常處理器”，異常捕獲和棧回退等各項(xiàng)重要工作都由它來(lái)完成。

__CxxRTThrowExp 首先接收（并保存）EXCEPTION 對(duì)象；然后從 TLS：Current ExpHdl 處找到與當(dāng)前函數(shù)對(duì)應(yīng)的 piHandler、nStep 等異常處理相關(guān)數(shù)據(jù)；并按照前文所述的機(jī)制完成異常捕獲和棧回退。由此完成了包括“拋出”->“捕獲”->“回退”等步驟的整套異常處理機(jī)制。

• 由于可直接借助操作系統(tǒng)提供的機(jī)制，所以簡(jiǎn)化了 C++ 異常處理器的實(shí)現(xiàn)。
• 使“catch (...)” 塊得以捕獲操作系統(tǒng)產(chǎn)生的異常（如：“內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)違例”等等）。
• 使操作系統(tǒng)的異常處理機(jī)制能夠捕獲所有 C++ 異常。

實(shí)際上，大多數(shù) Windows 下的 C++ 編譯器的異常機(jī)制均使用這種方式實(shí)現(xiàn)。

此外，由于長(zhǎng)跳轉(zhuǎn)的使用既易于出錯(cuò)，又難于理解和維護(hù)。在編碼過(guò)程中也應(yīng)當(dāng)盡量避免使用。關(guān)于異常的一般性使用說(shuō)明，請(qǐng)參考：代碼風(fēng)格與版式：異常。