在執行緒之間傳輸例外狀況

發行項
06/09/2015

Visual C++ 支援從某個執行緒「傳輸例外狀況」(Transporting An Exception) 至另一個執行緒。傳輸例外狀況可以讓您在某個執行緒攔截例外狀況，再使該例外狀況看似在另一個執行緒中擲回。舉例來說，您可以使用此功能撰寫多執行緒應用程式，其中由主執行緒處理其次要執行緒所擲回的所有例外狀況。傳輸例外狀況對於建立平行程式設計程式庫或系統的開發人員最有用。 Visual C++ 提供 exception_ptr 類型及 current_exception、rethrow_exception 與 make_exception_ptr 函式，以實作傳輸例外狀況。

namespace std 
{
   typedef unspecified exception_ptr; 
   exception_ptr current_exception();
   void rethrow_exception(exception_ptr p);
   template<class E> 
       exception_ptr make_exception_ptr(E e) noexcept;
}

參數

參數	描述
unspecified	用於實作 exception_ptr 類型的未指定內部類別。
p	參考例外狀況的 exception_ptr 物件。
E	代表例外狀況的類別。
e	參數 E 類別的執行個體。

傳回值

current_exception 函式會將 exception_ptr 物件傳回，此物件則參考目前進行中的例外狀況。如果沒有正在進行中的例外狀況，該函式會傳回與所有例外狀況皆不具關聯性的 exception_ptr 物件。

make_exception_ptr 函式會傳回 exception_ptr 物件，此物件參考 e 參數所指定的例外狀況。

備註

情節

假設您需要建立一個能縮放以處理不同工作量的應用程式，為達成此目標，您可以在一開始設計一個多執行緒的應用程式，而其主執行緒可以視工作執行所需建立任何數量的次要執行緒。次要執行緒能協助主執行緒管理資源、平衡負載和提升輸送量。透過分配工作的方式，多執行緒應用程式的運行效率可以優於單一執行緒應用程式。

不過，若次要執行緒擲回例外狀況，需由主要執行緒處理。這是因為無論次要執行緒的數量多寡，您的應用程式最好都能夠以一致、統一的方式處理例外狀況。

解決方案

為處理以上情況，C++ Standard 支援在執行緒之間傳輸例外狀況。如果次要執行緒擲回例外狀況，則該例外狀況會成為「目前的例外狀況」(Current Exception)。以真實世界為比喻，目前的例外狀況也就是「在執行中」(In Flight)。從目前例外狀況被擲回那一刻起，一直到攔截到該例外狀況的例外狀況處理常式傳回為止，目前例外狀況都在執行中。

次要執行緒可以在 catch 區塊攔截目前的例外狀況，然後呼叫 current_exception 函式將例外狀況儲存於 exception_ptr 物件中。 exception_ptr 物件必須可供次要執行緒與主執行緒使用。舉例來說，exception_ptr 物件可以是由 Mutex 控制存取的全域變數。「傳輸例外狀況」(Transport An Exception) 一詞表示可將某個執行緒中的例外狀況轉換為可供另一個執行緒存取的形式。

接下來，主執行緒會呼叫 rethrow_exception 函式，而該函式再擷取並從 exception_ptr 物件擲回例外狀況。例外狀況被擲回時會變成主執行緒中目前的例外狀況。也就是說，該例外狀況看起來就像源自於主執行緒。

最後，主執行緒可以在 catch 區塊中攔截目前的例外狀況，然後進行處理或將其擲回更高階的例外狀況處理常式。或者，主執行緒可以忽略該例外狀況並允許處理序結束。

大部分的應用程式不需要在執行緒之間傳輸例外狀況。不過，由於系統可以區分次要執行緒、處理器或核心的工作，因此此功能對於平行計算系統非常有用。在平行計算環境下，一個專屬的執行緒可以處理次要執行緒擲回的所有例外狀況，而且可以對任何應用程式呈現一致的例外狀況處理模型。

如需關於 C++ Standard 委員會提案的詳細資訊，請上網搜尋文件編號 N2179，標題為「在執行緒之間傳輸例外狀況的語言支援」。

例外狀況處理模型和編譯器選項

應用程式的例外狀況處理模型決定該應用程式是否可以攔截和傳輸例外狀況。 Visual C++ 支援三種可以處理 C++ 例外狀況、結構化例外處理 (SEH) 例外狀況，以及通用語言執行平台 (CLR) 例外狀況的模型。請使用 /EH 和 /clr 編譯器選項指定應用程式的例外狀況處理模型。

只有以下的編譯器選項和程式設計陳述式組合可以傳輸例外狀況，其他組合無法攔截例外狀況或可以攔截但無法傳輸例外狀況。

/EHa 編譯器選項和 catch 陳述式可以傳輸 SEH 和 C++ 例外狀況。
/EHa、/EHs 和 /EHsc 編譯器選項及 catch 陳述式可以傳輸 C++ 例外狀況。

/CLR 或 /CLR:pure 編譯器選項及 catch 陳述式可以傳輸 C++ 例外狀況。 /CLR 編譯器選項代表 /EHa 選項的規格。請注意，編譯器不支援傳輸 Managed 例外狀況，這是因為衍生自 System.Exception 類別的 Managed 例外狀況，已經是可透過通用語言執行平台功能在執行緒之間移動的物件。

安全性提示
建議您指定 /EHsc 編譯器選項並只攔截 C++ 例外狀況。如果使用 /EHa 或 /CLR 編譯器選項以及 catch 陳述式加上省略符號「例外狀況宣告」(Exception-declaration) (catch(...))，可能會出現安全性風險。也許您會使用 catch 陳述式擷取特定的例外狀況。不過，catch(...) 陳述式會擷取所有 C++ 和 SEH 例外狀況，其中包括嚴重的非預期例外狀況。如果您忽略非預期的例外狀況或處理不當，惡意程式碼可能會利用此機會破壞程式的安全性。

建議您指定 /EHsc 編譯器選項並只攔截 C++ 例外狀況。如果使用 /EHa 或 /CLR 編譯器選項以及 catch 陳述式加上省略符號「例外狀況宣告」(Exception-declaration) (catch(...))，可能會出現安全性風險。也許您會使用 catch 陳述式擷取特定的例外狀況。不過，catch(...) 陳述式會擷取所有 C++ 和 SEH 例外狀況，其中包括嚴重的非預期例外狀況。如果您忽略非預期的例外狀況或處理不當，惡意程式碼可能會利用此機會破壞程式的安全性。

使用方式

下列章節描述如何使用 exception_ptr 類型以及 current_exception、rethrow_exception 和 make_exception_ptr 函式傳輸例外狀況。

exception_ptr 類型

利用 exception_ptr 物件參考目前的例外狀況或使用者指定的例外狀況執行個體。在 Microsoft 實作中，例外狀況是以 EXCEPTION_RECORD 結構表示。每個 exception_ptr 物件均包含一個例外狀況參考欄位，指向代表該例外狀況的 EXCEPTION_RECORD 結構複本。

當您宣告 exception_ptr 變數時，此變數尚未關聯任何例外狀況。也就是說，其例外狀況參考欄位為 NULL。這樣的 exception_ptr 物件稱為「Null exception_ptr」。

利用 current_exception 或 make_exception_ptr 函式將例外狀況指派給 exception_ptr 物件。當您將例外狀況指派給 exception_ptr 變數時，此變數的例外狀況參考欄位會指向該例外狀況的複本。如果記憶體空間不足，無法複製該例外狀況，則例外狀況參考欄位會指向 std::bad_alloc 例外狀況的複本。如果 current_exception 或 make_exception_ptr 函式因故無法複製例外狀況，則函式會呼叫 terminate (CRT) 函式以結束目前的處理序。

exception_ptr 物件本身並不是指標 (儘管其名稱如此)。此物件不遵守指標語意，也不能搭配指標成員存取 (->) 或間接取值 (*) 運算子使用。 exception_ptr 物件沒有公用資料成員或成員函式。

比較：

您可以使用等於 (==) 和不等於 (!=) 運算子比較兩個 exception_ptr 物件。運算子不會比較代表例外狀況之 EXCEPTION_RECORD 結構的二進位值 (位元模式)。相反地，運算子會比較 exception_ptr 物件的例外狀況參考欄位位址。因此，Null exception_ptr 和 Null 值的比較結果是相等。

current_exception 函式

在 catch 區塊呼叫 current_exception 函式。如果例外狀況在執行中，且 catch 區塊可以攔截該例外狀況，則 current_exception 函式會傳回參考該例外狀況的 exception_ptr 物件。否則，函式會傳回 Null exception_ptr 物件。

詳細資料：

不論 catch 陳述式是否指定例外狀況宣告陳述式，current_exception 函式都會擷取執行中的例外狀況。

若不重新擲回例外狀況，則會在 catch 區塊結尾呼叫目前例外狀況的解構函式。不過，即使在解構函式中呼叫 current_exception 函式，該函式仍會傳回參考目前例外狀況的 exception_ptr 物件。

current_exception 函式的後續呼叫會傳回參考目前例外狀況不同複本的 exception_ptr 物件。因此，物件比較結果會是不相等，因為兩者參考不同的複本 (即使複本的二進位值相同也一樣)。

SEH 例外狀況：

若使用 /EHa 編譯器選項，可以在 C ++ catch 區塊攔截 SEH 例外狀況。 current_exception 函式會傳回參考 SEH 例外狀況的 exception_ptr 物件。此外，如果您以傳輸的exception_ptr 物件做為其引數呼叫 rethrow_exception 函式，則該函式會擲回 SEH 例外狀況。

如果您在 SEH __finally 終止處理常式、__except 例外狀況處理常式或 __except 篩選條件運算式中呼叫 current_exception 函式，該函式會傳回 Null exception_ptr。

傳輸例外狀況不支援巢狀例外狀況。處理例外狀況時，如果再擲出另一個例外狀況，則會發生巢狀例外狀況。如果您攔截巢狀例外狀況，EXCEPTION_RECORD.ExceptionRecord 資料成員會指向描述關聯例外狀況的 EXCEPTION_RECORD 結構鏈結。 current_exception 函式不支援巢狀例外狀況，因為該函式會傳回已清空 ExceptionRecord 資料成員的 exception_ptr 物件。

如果您攔截 SEH 例外狀況，則必須管理 EXCEPTION_RECORD.ExceptionInformation 資料成員陣列中任何指標所參考的記憶體。您必須保證對應 exception_ptr 物件存留期的記憶體是有效的，並在刪除 exception_ptr 物件時釋放其記憶體。

您可以同時使用結構化例外狀況 (SE) 轉譯器函式和傳輸例外狀況功能。如果 SEH 例外狀況轉譯為 C++ 例外狀況，current_exception 函式會傳回參考轉譯的例外狀況而非原始的 SEH 例外狀況的 exception_ptr。 rethrow_exception 函式後續會擲回轉譯的例外狀況，而非原始的例外狀況。如需 SE 轉譯器函式的詳細資訊，請參閱 _set_se_translator。

rethrow_exception 函式

將攔截到的例外狀況儲存在 exception_ptr 物件之後，主執行緒即可處理物件。在主執行緒中呼叫 rethrow_exception 函式，並使用 exception_ptr 物件做為其引數。 rethrow_exception 函式會從 exception_ptr 物件擷取例外狀況，然後在主執行緒的內容中擲回該例外狀況。如果 rethrow_exception 函式的 p 參數為 Null exception_ptr，則該函式會擲回 std::bad_exception。

擷取到的例外狀況現在會變成主執行緒中的目前例外狀況，因此，您可以按照處理其他任何例外狀況的方式進行處理。如果您攔截例外狀況，可以選擇立即處理或使用 throw 陳述式將該例外狀況傳送給更高階的例外狀況處理常式。否則，請勿執行任何動作，並讓預設系統例外狀況處理常式終止處理序。

make_exception_ptr 函式

make_exception_ptr 函式會以類別的執行個體做為其引數，並傳回參考該執行個體的 exception_ptr。雖然任何類別物件都可以是 make_exception_ptr 函式的引數，但一般會指定 exception 類別物件做為其引數。

呼叫 make_exception_ptr 函式相當於擲回 C++ 例外狀況、在 catch 區塊中攔截該例外狀況，然後呼叫 current_exception 函式以傳回參考該例外狀況的 exception_ptr 物件。 Microsoft 實作make_exception_ptr 函式比在擲回例外狀況之後攔截來得更有效率。

一般來說，應用程式通常不需要使用 make_exception_ptr 函式，所以我們不建議使用此功能。

範例

以下範例會在執行緒之間傳輸標準 C++ 例外狀況和自訂的 C++ 例外狀況。

// transport_exception.cpp
// compile with: /EHsc /MD
#include <windows.h>
#include <stdio.h> 
#include <exception>
#include <stdexcept>

using namespace std;

// Define thread-specific information.
#define THREADCOUNT 2
exception_ptr aException[THREADCOUNT]; 
int           aArg[THREADCOUNT];

DWORD WINAPI ThrowExceptions( LPVOID ); 

// Specify a user-defined, custom exception. 
// As a best practice, derive your exception 
// directly or indirectly from std::exception. 
class myException : public std::exception { 
};
int main()
{
    HANDLE aThread[THREADCOUNT];
    DWORD ThreadID;

    // Create secondary threads.
    for( int i=0; i < THREADCOUNT; i++ )
    {
        aArg[i] = i;
        aThread[i] = CreateThread( 
            NULL,       // Default security attributes.
            0,          // Default stack size.
            (LPTHREAD_START_ROUTINE) ThrowExceptions, 
            (LPVOID) &aArg[i], // Thread function argument.
            0,          // Default creation flags.
            &ThreadID); // Receives thread identifier.
        if( aThread[i] == NULL )
        {
            printf("CreateThread error: %d\n", GetLastError());
            return -1;
        }
    } 

    // Wait for all threads to terminate.
    WaitForMultipleObjects(THREADCOUNT, aThread, TRUE, INFINITE); 
    // Close thread handles.
    for( int i=0; i < THREADCOUNT; i++ ) {
        CloseHandle(aThread[i]); 
    }

    // Rethrow and catch the transported exceptions.
    for ( int i = 0; i < THREADCOUNT; i++ ) {
        try {
            if (aException[i] == NULL) {
                printf("exception_ptr %d: No exception was transported.\n", i);
            }
            else {
                rethrow_exception( aException[i] );
            }  
        }
        catch( const invalid_argument & ) {
            printf("exception_ptr %d: Caught an invalid_argument exception.\n", i);
        }
        catch( const myException & ) {
            printf("exception_ptr %d: Caught a  myException exception.\n", i);
        }
    }
} 
// Each thread throws an exception depending on its thread 
// function argument, and then ends. 
DWORD WINAPI ThrowExceptions( LPVOID lpParam ) 
{ 
    int x = *((int*)lpParam);
    if (x == 0) {
        try {
            // Standard C++ exception.
            // This example explicitly throws invalid_argument exception. 
            // In practice, your application performs an operation that 
            // implicitly throws an exception.
            throw invalid_argument("A C++ exception.");
        }  
        catch ( const invalid_argument & ) { 
            aException[x] = current_exception();
        } 
    }
    else {
        // User-defined exception.
        aException[x] = make_exception_ptr( myException() ); 
    }
    return TRUE; 
}

需求

標頭：<exception>

請參閱

參考

Visual C++ 中的例外狀況處理

EXCEPTION_RECORD 結構

處理常式語法

/EH (例外狀況處理模型)

/clr (Common Language Runtime 編譯)

共用方式為