Блоки с гарантированным завершением

Помимо блоков контролируемого кода для обработки исключений, языки программирования могут поддерживать блоки с гарантированным завершением. Их использование оказывается удобным тогда, когда в некотором блоке кода, независимо от того, произошли ли какие-то ошибки, необходимо перед его завершением выполнить определённые действия. Простейший пример: если в процедуре динамически создаётся какой-то локальный объект в памяти, то перед выходом из этой процедуры объект должен быть уничтожен (чтобы избежать утечки памяти), независимо от того, произошли после его создания ошибки или нет. Такая возможность реализуется блоками кода вида:

Заключённые между ключевыми словами «НачалоБлока» и «Завершение» операторы (основной код) выполняются последовательно. Если при выполнении их не возникает исключений, то затем выполняются операторы между ключевыми словами «Завершение» и «КонецБлока» (код завершения). Если же при выполнении основного кода возникает исключение (любое), то сразу же выполняется код завершения, после чего весь блок завершается, а возникшее исключение продолжает существовать и распространяться до тех пор, пока его не перехватит какой-либо блок обработки исключений более высокого уровня.

Принципиальное отличие блока с гарантированным завершением от обработки — то, что он не обрабатывает исключение, а лишь гарантирует выполнение определённого набора операций перед тем, как включится механизм обработки. Стоит заметить, что блок с гарантированным завершением легко реализуется с помощью команд «возбудить исключение» и «структурный обработчик исключения».

Для точной идентификации типа возникшего исключения блок исключения или выражение фильтра могут использовать следующую функцию:

DWORD GetExceptionCode(VOID)

Код исключения должен быть получен сразу же после возникновения исключения. Поэтому функция фильтра не может просто вызвать функцию GetExceptionCode (это ограничение налагается компилятором). Обычный способ решения этой проблемы состоит в том, чтобы осуществить этот вызов в выражении фильтра, как показано в следующем примере, в котором код исключения является аргументом функции фильтра, предоставляемой пользователем:

__except(MyFilter(GetExceptionCode())) {

}

В данном случае значение выражения фильтра, которое должно быть одним из трех указанных ранее значений, определяется и возвращается функцией фильтра. В свою очередь, для определения возвращаемого этой функцией значения используется код исключения; например, можно сделать так, чтобы фильтр передавал обработку исключений, возникающих при выполнении операций с плавающей точкой (FP-исключений, от FloatingPoint — плавающая точка), внешнему обработчику (возвращая значение EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH), а обработку нарушений доступа к памяти — текущему обработчику (возвращая значение EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER).

Число возможных кодов исключений, возвращаемых функцией GetExceptionCode, очень велико, однако их можно разделить на несколько категорий.

¾ Выполнение программой некорректных действий, например:

EXCEPTION_ACCESS_VIOLATION — попытка чтения или записи по адресу виртуальной памяти, к которой процесс не имеет доступа.

EXCEPTION_DATATYPE_MISALIGNMENT — многие процессоры, например, требуют чтобы данные типа DWORD выравнивались по четырехбайтовым границам.

EXCEPTION_NONCONTINUABLE_EXECUTION — значением выражения фильтра было EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION, но выполнения программы после возникновения исключения не может быть продолжено.

¾ Исключения, сгенерированные функциями распределения памяти НеарAlloc и HeapCreate, если они используют флаг HEAP_GENERATE_EXCEPTIONS .

¾ Соответствующими значениями кода исключения являются STATUS_NO_MEMORY или EXCEPTION_ACCESS_VIOLATION.

¾ Коды определенных пользователем исключений, генерируемых путем вызова функции RaiseException, о чем говорится в подразделе "Исключения, генерируемые приложением".

¾ Коды различных арифметических исключений (особенно FP-исключений), например, EXCEPTION_INT_DIVIDE_BY_ZERO или EXCEPTION_FLT_OVERFLOW.

¾ Исключения, используемые отладчиками, например, EXCEPTION_BREAKPOINT или EXCEPTION_SINGLE_STEP.

Вам пригодится также функция GetExceptionInformation, которая может быть вызвана только из выражения фильтра и возвращает дополнительную информацию, включая информацию, специфическую для используемого процессора.

LPEXCEPTION_POINTERS GetExceptionINFORMATION(VOID)

Вся информация, как относящаяся, так и не относящаяся к процессору, содержится в структуре EXCEPTION_POINTERS, состоящей из двух других структур.

typedef struct _EXCEPTION_POINTERS {

PEXCEPTION_RECORD ExceptionRecord;

PCONTEXT ContextRecord;

} EXCEPTION POINTERS;

В структуру EXCEPTION_RECORD входит элемент ExceptionCode, набор возможных значений которого совпадает с набором значений, возвращаемых функцией GetExceptionCode. Элемент ExceptionFlags структуры EXCEPTION_RECORD может принимать значения 0 или EXCEPTION_NONCONTINUABLE, причем последнее значение указывает функции фильтра на то, что она не должна предпринимать попыток продолжения выполнения. К числу других элементов данных этой структуры относятся адрес виртуальной памяти ExceptionAddress и массив параметров ExceptionInformation. В случае исключения EXCEPTION_ACCESS_VIOLATION значение первого элемента этого массива указывает на то, какая именно из операций пыталась получить доступ по недоступному адресу — записи (1) или чтения (0). Второй элемент содержит адрес виртуальный памяти.

Во втором элементе структуры EXCEPTION_POINTERS, а именно, элементе ContextRecord, содержится информация, относящаяся к процессору. Для каждого типа процессоров предусмотрены свои структуры, определения которых содержатся в файле <winnt.h>.

Если при изучении примеров, приведенных в этой главе или книге в целом, вы решите отслеживать исключения, которые могут возникать на том или ином участке программы, создайте для него блоки try и except, как показано ниже:

__try {

/* Блок контролируемого кода */

} __ except(выражение_фильтра) {

/* Блок обработки исключений */

}

Имейте в виду, что __try и __except — это ключевые слова, распознаваемые компилятором.

Блоки try являются частью обычного кода приложения. Если на данном участке кода возникает исключение, ОС передает управление обработчику исключений, который представляет собой блок программного кода, следующий за ключевым словом_ except. Характер последующих действий определяется значением параметра выражение_фильтра.

Исключение может возникнуть также в пределах блока, находящегося внутри try-блока; в этом случае средства поддержки времени исполнения "разворачивают" стек, чтобы отыскать в нем информацию об обработчике исключений, после чего передают управление этому обработчику. То же самое происходит и в тех случаях, когда исключения возникают внутри функций, вызванных в пределах try-блока.

Параметр выражение_фильтра в операторе except вычисляется сразу же после того, как возникает исключение. В качестве выражения может выступать литеральная константа, вызов функции фильтра (filter function) или условное выражение. В любом случае выражение должно возвращать одно из следующих трех значений:

1. EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER — система выполняет операторы блока обработки исключений, как показано на рис. 4.1 Это соответствует обычному случаю.

2. EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH — система игнорирует данный обработчик исключений и пытается найти обработчик исключений в охватывающем блоке, продолжая этот процесс аналогичным образом до тех пор, пока не будет найден обработчик исключений.

3. EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION — система немедленно возвращает управление в точку, в которой возникло исключение. В случае некоторых исключений дальнейшее выполнение программы невозможно, но если такие попытки делаются, то генерируется повторное исключение.

Рисунок 4.1. SEH, блоки и функции

Слева приведен программный код, а обведенные кружками цифры справа обозначают операции, выполняемые языковыми средствами поддержки времени выполнения. Отдельные элементы приведенной схемы имеют следующий смысл:

1. Возникло исключение; в данном случае это деление на ноль.

2. Управление передается обработчику исключений, в котором вычисляется выражение фильтра. Сначала вызывается функция GetExceptionCode, а затем ее возвращаемое значение используется в качестве аргумента функции Filter.

3. Функция фильтра выполняет действия, определяемые значением кода исключения.

4. В данном случае значением кода исключения является EXCEPTION_INT_DIVIDE_BY_ZERO.

5. Функция фильтра устанавливает, что должен быть выполнен код обработчика исключений, и поэтому возвращает значение EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER.

6. Выполняется код обработчика исключений, связанного с оператором _except.

7. Управление передается за пределы блоков try и except.

Существует семь различных кодов исключений, которые могут возникать при выполнении операций с использованием данных вещественного типа. Первоначально эти исключения отключены и не могут возникать до тех пор, пока с помощью функции _controlfp для них не будет предварительно задана специальная маска, не зависящая от типа процессора. Предусмотрены отдельные исключения для ситуаций антипереполнения, переполнения, деления на ноль, неточного результата и так далее, что иллюстрируется приведенным ниже фрагментом кода. Для активизации исключений определенного типа следует отключить соответствующий бит маски.

DWORD _controlfp(DWORD new, DWORD mask)

Фактическое значение маски определяется ее текущим значением (current_mask) и двумя аргументами следующим образом:

(current_mask & ~mask) | (new & mask)

Данная функция устанавливает лишь те из битов, указанных в аргументе new, которые разрешены аргументом mask. Биты, не активизированные аргументом mask, не изменяются. Маска FP-исключений управляет также точностью, округлением и обработкой значений, соответствующих бесконечности, поэтому при активизации перечисленных исключений необходимо тщательно следить за тем, чтобы случайно не изменить эти установки.

Возвращаемым значением является фактическое значение маски. Так, при нулевых значениях обоих аргументов возвращаемым значением будет текущее значение маски (current_mask), что может быть использовано для восстановления маски, если впоследствии в этом возникнет необходимость. С другой стороны, если задать аргумент mask равным 0xFFFFFFFF, то регистр установится в new, что, например, может быть использовано для восстановления прежнего значения маски.

Обычно для того, чтобы разрешить исключения, связанные с выполнением операций над числами с плавающей точкой, в качестве аргумента mask используют константу MCW_EM, как продемонстрировано в следующем примере. Также заметьте, что при обработке FP-исключения оно должно быть сброшено путем использования функции _clearfp.

Под ошибками понимаются исключительные ситуации, которые время от времени могут возникать в известных местах программы. Так, обнаружение ошибок, возникающих во время выполнения системных вызовов, и немедленный вывод сообщений о них должны предусматриваться логикой работы самой программы. Поэтому программисты, как правило, явно включают в программный код участки, ответственные, например, за тестирование успешности завершения операции чтения данных из файла.

С другой стороны, исключения могут возникать практически в любом месте программы, и поэтому организация явной проверки всех исключений невозможна или практически нецелесообразна. Примерами подобных ситуаций могут служить попытки деления на ноль или обращения к недоступным областям памяти.

Вместе с тем, указанные различия между ошибками и исключениями являются довольно условными. Windows позволяет управлять генерацией исключений, возникающих в случае нехватки памяти при ее распределении с использованием функций НеарАllос и HeapCreate. Помимо этого, программы могут генерировать собственные исключения с кодами, определяемыми программистом, используя для этого функцию RaiseException, о чем далее будет говориться.

Обработчики исключений обеспечивают удобный механизм выхода из внутренних блоков или функций под управлением программы без использования операторов перехода goto или longjmp. Такая возможность оказывается особенно полезной, если блок получил доступ к таким, например, ресурсам, как открытые файлы, память или объекты синхронизации, поскольку обработчик может взять на себя задачу освобождения этих ресурсов. Возможно также продолжение работы программы после выполнения кода обработчика исключений, а не ее обязательное завершение. Кроме того, после выхода из блока программа может восстанавливать прежнее состояние системы, например маску FP-исключений.

Существует возможность формирования исключений в любой точке программы в процессе ее выполнения с помощью функции RaiseException. Это позволяет программе обнаруживать и обрабатывать возникающие ошибки как исключения.

VOID RaiseException(DWORD dwExceptionCode, DWORD dwExceptionFlags, DWORD cArguments, CONST DWORD *lpArguments)