如何找到在 C++ 中引发异常的位置？

Question

我有一个程序会在某处引发未捕获的异常。 我得到的只是一个异常被抛出的报告，并且没有关于它被抛出的位置的信息。 编译为包含调试符号的程序不通知我在我的代码中生成异常的位置似乎不合逻辑。

如果没有在 gdb 中设置“catch throw”并为每个抛出的异常调用回溯，有什么方法可以告诉我的异常来自哪里？

Answer 1

以下是一些可能对调试您的问题有用的信息

如果未捕获异常，则自动调用特殊库函数std::terminate() 。 Terminate 实际上是一个指向函数的指针，默认值是标准 C 库函数std::abort() 。 如果未对未捕获的异常进行清理^† ，则实际上可能有助于调试此问题，因为没有调用析构函数。
_{†在调用std::terminate()之前堆栈是否展开是实现定义的。}

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对abort()的调用通常可用于生成可分析以确定异常原因的核心转储。 确保通过ulimit -c unlimited (Linux) 启用核心转储。

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您可以使用std::set_terminate()安装自己的terminate()函数。 您应该能够在 gdb 中的终止函数上设置断点。 您可能能够从您的terminate()函数生成堆栈回溯，并且此回溯可能有助于识别异常的位置。

Bruce Eckel 的 Thinking in C++, 2nd Ed中对未捕获的异常进行了简短的讨论，这也可能会有所帮助。

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由于terminate()默认调用abort() （默认情况下会导致SIGABRT信号），您可以设置SIGABRT处理程序，然后从信号处理程序中打印堆栈回溯。 此回溯可能有助于识别异常的位置。

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注意：我说可能是因为 C++ 通过使用语言结构将错误处理和报告代码与普通代码分开来支持非本地错误处理。 catch 块可以并且通常位于与抛出点不同的函数/方法中。 在评论中还向我指出（感谢Dan ），在调用terminate()之前堆栈是否展开是由实现定义的。

更新：我将一个名为的 Linux 测试程序放在一起，该程序在通过set_terminate()设置的terminate()函数中生成回溯，并在SIGABRT的信号处理程序中生成另一个。 两个回溯都正确显示了未处理异常的位置。

更新 2：感谢有关在 terminate 中捕获未捕获异常的博客文章，我学到了一些新技巧； 包括在终止处理程序中重新抛出未捕获的异常。 需要注意的是，自定义终止处理程序中的空throw语句适用于 GCC，而不是可移植的解决方案。

代码：

#ifndef _GNU_SOURCE
#define _GNU_SOURCE
#endif
#ifndef __USE_GNU
#define __USE_GNU
#endif

#include <execinfo.h>
#include <signal.h>
#include <string.h>

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <stdexcept>

void my_terminate(void);

namespace {
    // invoke set_terminate as part of global constant initialization
    static const bool SET_TERMINATE = std::set_terminate(my_terminate);
}

// This structure mirrors the one found in /usr/include/asm/ucontext.h
typedef struct _sig_ucontext {
   unsigned long     uc_flags;
   struct ucontext   *uc_link;
   stack_t           uc_stack;
   struct sigcontext uc_mcontext;
   sigset_t          uc_sigmask;
} sig_ucontext_t;

void crit_err_hdlr(int sig_num, siginfo_t * info, void * ucontext) {
    sig_ucontext_t * uc = (sig_ucontext_t *)ucontext;

    // Get the address at the time the signal was raised from the EIP (x86)
    void * caller_address = (void *) uc->uc_mcontext.eip;
    
    std::cerr << "signal " << sig_num 
              << " (" << strsignal(sig_num) << "), address is " 
              << info->si_addr << " from " 
              << caller_address << std::endl;

    void * array[50];
    int size = backtrace(array, 50);

    std::cerr << __FUNCTION__ << " backtrace returned " 
              << size << " frames\n\n";

    // overwrite sigaction with caller's address
    array[1] = caller_address;

    char ** messages = backtrace_symbols(array, size);

    // skip first stack frame (points here)
    for (int i = 1; i < size && messages != NULL; ++i) {
        std::cerr << "[bt]: (" << i << ") " << messages[i] << std::endl;
    }
    std::cerr << std::endl;

    free(messages);

    exit(EXIT_FAILURE);
}

void my_terminate() {
    static bool tried_throw = false;

    try {
        // try once to re-throw currently active exception
        if (!tried_throw++) throw;
    }
    catch (const std::exception &e) {
        std::cerr << __FUNCTION__ << " caught unhandled exception. what(): "
                  << e.what() << std::endl;
    }
    catch (...) {
        std::cerr << __FUNCTION__ << " caught unknown/unhandled exception." 
                  << std::endl;
    }

    void * array[50];
    int size = backtrace(array, 50);    

    std::cerr << __FUNCTION__ << " backtrace returned " 
              << size << " frames\n\n";

    char ** messages = backtrace_symbols(array, size);

    for (int i = 0; i < size && messages != NULL; ++i) {
        std::cerr << "[bt]: (" << i << ") " << messages[i] << std::endl;
    }
    std::cerr << std::endl;

    free(messages);

    abort();
}

int throw_exception() {
    // throw an unhandled runtime error
    throw std::runtime_error("RUNTIME ERROR!");
    return 0;
}

int foo2() {
    throw_exception();
    return 0;
}

int foo1() {
    foo2();
    return 0;
}

int main(int argc, char ** argv) {
    struct sigaction sigact;

    sigact.sa_sigaction = crit_err_hdlr;
    sigact.sa_flags = SA_RESTART | SA_SIGINFO;

    if (sigaction(SIGABRT, &sigact, (struct sigaction *)NULL) != 0) {
        std::cerr << "error setting handler for signal " << SIGABRT 
                  << " (" << strsignal(SIGABRT) << ")\n";
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    foo1();

    exit(EXIT_SUCCESS);
}

输出：

my_terminate caught unhanded exception. what(): RUNTIME ERROR!
my_terminate backtrace returned 10 frames

[bt]: (0) ./test(my_terminate__Fv+0x1a) [0x8048e52]
[bt]: (1) /usr/lib/libstdc++-libc6.2-2.so.3 [0x40045baa]
[bt]: (2) /usr/lib/libstdc++-libc6.2-2.so.3 [0x400468e5]
[bt]: (3) /usr/lib/libstdc++-libc6.2-2.so.3(__rethrow+0xaf) [0x40046bdf]
[bt]: (4) ./test(throw_exception__Fv+0x68) [0x8049008]
[bt]: (5) ./test(foo2__Fv+0xb) [0x8049043]
[bt]: (6) ./test(foo1__Fv+0xb) [0x8049057]
[bt]: (7) ./test(main+0xc1) [0x8049121]
[bt]: (8) ./test(__libc_start_main+0x95) [0x42017589]
[bt]: (9) ./test(__eh_alloc+0x3d) [0x8048b21]

signal 6 (Aborted), address is 0x1239 from 0x42029331
crit_err_hdlr backtrace returned 13 frames

[bt]: (1) ./test(kill+0x11) [0x42029331]
[bt]: (2) ./test(abort+0x16e) [0x4202a8c2]
[bt]: (3) ./test [0x8048f9f]
[bt]: (4) /usr/lib/libstdc++-libc6.2-2.so.3 [0x40045baa]
[bt]: (5) /usr/lib/libstdc++-libc6.2-2.so.3 [0x400468e5]
[bt]: (6) /usr/lib/libstdc++-libc6.2-2.so.3(__rethrow+0xaf) [0x40046bdf]
[bt]: (7) ./test(throw_exception__Fv+0x68) [0x8049008]
[bt]: (8) ./test(foo2__Fv+0xb) [0x8049043]
[bt]: (9) ./test(foo1__Fv+0xb) [0x8049057]
[bt]: (10) ./test(main+0xc1) [0x8049121]
[bt]: (11) ./test(__libc_start_main+0x95) [0x42017589]
[bt]: (12) ./test(__eh_alloc+0x3d) [0x8048b21]

Answer 2

正如你所说，我们可以在 gdb 中使用“catch throw”并为每个抛出的异常调用“backtrace”。 虽然这通常太繁琐而无法手动完成，但 gdb 允许该过程自动化。 这允许查看所有抛出的异常的回溯，包括最后一个未捕获的异常：

数据库>

set pagination off
catch throw
commands
backtrace
continue
end
run

如果没有进一步的人工干预，这会产生大量回溯，包括最后一个未捕获的异常：

Catchpoint 1 (exception thrown), 0x00a30 in __cxa_throw () from libstdc++.so.6
#0  0x0da30 in __cxa_throw () from /usr/.../libstdc++.so.6
#1  0x021f2 in std::__throw_bad_weak_ptr () at .../shared_ptr_base.h:76
[...]
terminate called after throwing an instance of 'std::bad_weak_ptr'
  what():  bad_weak_ptr
Program received signal SIGABRT, Aborted.

这是一篇很棒的博客文章，总结了这一点：http: //741mhz.com/throw-stacktrace [onarchive.org]

Answer 3

您可以创建一个宏，如：

#define THROW(exceptionClass, message) throw exceptionClass(__FILE__, __LINE__, (message) )

...它会给你抛出异常的位置（当然不是堆栈跟踪）。 您有必要从采用上述构造函数的某些基类派生异常。

Answer 4

您可以将代码中的主要紧凑位置标记为noexcept以定位异常，然后使用libunwind （只需将-lunwind添加到链接器参数）（使用clang++ 3.6测试）：

demagle.hpp：

#pragma once

char const *
get_demangled_name(char const * const symbol) noexcept;

demangle.cpp：

#include "demangle.hpp"

#include <memory>

#include <cstdlib>

#include <cxxabi.h>

namespace
{

#pragma clang diagnostic push
#pragma clang diagnostic ignored "-Wglobal-constructors"
#pragma clang diagnostic ignored "-Wexit-time-destructors"
std::unique_ptr< char, decltype(std::free) & > demangled_name{nullptr, std::free};
#pragma clang diagnostic pop

}

char const *
get_demangled_name(char const * const symbol) noexcept
{
    if (!symbol) {
        return "<null>";
    }
    int status = -4;
    demangled_name.reset(abi::__cxa_demangle(symbol, demangled_name.release(), nullptr, &status));
    return ((status == 0) ? demangled_name.get() : symbol);
}

回溯.hpp：

#pragma once
#include <ostream>

void
backtrace(std::ostream & _out) noexcept;

回溯.cpp：

#include "backtrace.hpp"

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <limits>
#include <ostream>

#include <cstdint>

#define UNW_LOCAL_ONLY
#include <libunwind.h>

namespace
{

void
print_reg(std::ostream & _out, unw_word_t reg) noexcept
{
    constexpr std::size_t address_width = std::numeric_limits< std::uintptr_t >::digits / 4;
    _out << "0x" << std::setfill('0') << std::setw(address_width) << reg;
}

char symbol[1024];

}

void
backtrace(std::ostream & _out) noexcept
{
    unw_cursor_t cursor;
    unw_context_t context;
    unw_getcontext(&context);
    unw_init_local(&cursor, &context);
    _out << std::hex << std::uppercase;
    while (0 < unw_step(&cursor)) {
        unw_word_t ip = 0;
        unw_get_reg(&cursor, UNW_REG_IP, &ip);
        if (ip == 0) {
            break;
        }
        unw_word_t sp = 0;
        unw_get_reg(&cursor, UNW_REG_SP, &sp);
        print_reg(_out, ip);
        _out << ": (SP:";
        print_reg(_out, sp);
        _out << ") ";
        unw_word_t offset = 0;
        if (unw_get_proc_name(&cursor, symbol, sizeof(symbol), &offset) == 0) {
            _out << "(" << get_demangled_name(symbol) << " + 0x" << offset << ")\n\n";
        } else {
            _out << "-- error: unable to obtain symbol name for this frame\n\n";
        }
    }
    _out << std::flush;
}

backtrace_on_terminate.hpp：

#include "demangle.hpp"
#include "backtrace.hpp"

#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <exception>
#include <memory>
#include <typeinfo>

#include <cstdlib>

#include <cxxabi.h>

namespace
{

[[noreturn]]
void
backtrace_on_terminate() noexcept;

static_assert(std::is_same< std::terminate_handler, decltype(&backtrace_on_terminate) >{});

#pragma clang diagnostic push
#pragma clang diagnostic ignored "-Wglobal-constructors"
#pragma clang diagnostic ignored "-Wexit-time-destructors"
std::unique_ptr< std::remove_pointer_t< std::terminate_handler >, decltype(std::set_terminate) & > terminate_handler{std::set_terminate(backtrace_on_terminate), std::set_terminate};
#pragma clang diagnostic pop

[[noreturn]]
void
backtrace_on_terminate() noexcept
{
    std::set_terminate(terminate_handler.release()); // to avoid infinite looping if any
    backtrace(std::clog);
    if (std::exception_ptr ep = std::current_exception()) {
        try {
            std::rethrow_exception(ep);
        } catch (std::exception const & e) {
            std::clog << "backtrace: unhandled exception std::exception:what(): " << e.what() << std::endl;
        } catch (...) {
            if (std::type_info * et = abi::__cxa_current_exception_type()) {
                std::clog << "backtrace: unhandled exception type: " << get_demangled_name(et->name()) << std::endl;
            } else {
                std::clog << "backtrace: unhandled unknown exception" << std::endl;
            }
        }
    }
    std::_Exit(EXIT_FAILURE); // change to desired return code
}

}

关于这个问题有一篇很好的文章。

Answer 5

您没有传递有关您使用的操作系统/编译器的信息。

在 Visual Studio C++ 中可以检测异常。

请参阅 ddj.com 上的“Visual C++ 异常处理工具”

我在 ddj.com 上的文章“事后调试”包括使用 Win32 结构化异常处理（由仪器使用）进行日志记录等的代码。

Answer 6

我在 Windows/Visual Studio 中有执行此操作的代码，如果您需要大纲，请告诉我。 虽然不知道如何为 dwarf2 代码执行此操作，但快速谷歌建议 libgcc 中有一个函数 _Unwind_Backtrace 可能是您需要的一部分。

Answer 7

检查这个线程，也许它有帮助：

捕获所有未处理的 C++ 异常？

我使用该软件获得了很好的体验：

http://www.codeproject.com/KB/applications/blackbox.aspx

对于任何未处理的异常，它可以将堆栈跟踪打印到文件中。