Xamarin.iOS 和 Xamarin.Mac 中的例外狀況封送處理

發行項
03/08/2024

Managed 程式代碼和 Objective-C 都支援運行時間例外狀況（try/catch/finally 子句）。

不過，其實作不同，這表示運行時間連結庫（Mono 運行時間或 CoreCLR 和 Objective-C 運行時間連結庫）在必須處理例外狀況時發生問題，然後執行以其他語言撰寫的程式代碼。

本文件說明可能發生的問題，以及可能的解決方案。

它也包含範例專案例外狀況封送處理，可用來測試不同的案例及其解決方案。

問題

擲回例外狀況時發生問題，而且在堆疊回溯期間，遇到框架不符合擲回的例外狀況類型。

此問題的典型範例是當原生 API 擲回 Objective-C 例外狀況時，當堆疊回溯程式到達受控框架時，必須以某種方式處理該 Objective-C 例外狀況。

對於舊版 Xamarin 專案（pre-.NET），預設動作是不執行任何動作。針對上述範例，這表示讓 Objective-C 運行時間回溯 Managed 框架。此動作有問題，因為 Objective-C 運行時間不知道如何回溯 Managed 框架;例如，它不會在該框架中執行任何 catch 或 finally 子句。

中斷的程序代碼

請思考下列程式碼範例：

var dict = new NSMutableDictionary ();
dict.LowlevelSetObject (IntPtr.Zero, IntPtr.Zero);

此程序代碼會在機器碼中擲回 Objective-C NSInvalidArgumentException：

NSInvalidArgumentException *** setObjectForKey: key cannot be nil

堆疊追蹤會像這樣：

0   CoreFoundation          __exceptionPreprocess + 194
1   libobjc.A.dylib         objc_exception_throw + 52
2   CoreFoundation          -[__NSDictionaryM setObject:forKey:] + 1015
3   libobjc.A.dylib         objc_msgSend + 102
4   TestApp                 ObjCRuntime.Messaging.void_objc_msgSend_IntPtr_IntPtr (intptr,intptr,intptr,intptr)
5   TestApp                 Foundation.NSMutableDictionary.LowlevelSetObject (intptr,intptr)
6   TestApp                 ExceptionMarshaling.Exceptions.ThrowObjectiveCException ()

畫面 0-3 是原生框架，而運行時間中的Objective-C堆疊回溯器可以回溯這些框架。特別是，它會執行任何 Objective-C@catch 或 @finally 子句。

不過，Objective-C堆棧回溯器無法正確回溯 Managed 框架（畫面 4-6）：Objective-C堆棧回溯器會回溯 Managed 框架，但不會執行任何 Managed 例外狀況邏輯（例如 catch 或 'finally 子句）。

這表示通常無法以下列方式攔截這些例外狀況：

try {
    var dict = new NSMutableDictionary ();
    dict.LowLevelSetObject (IntPtr.Zero, IntPtr.Zero);
} catch (Exception ex) {
    Console.WriteLine (ex);
} finally {
    Console.WriteLine ("finally");
}

這是因為 Objective-C 堆疊回溯器不知道 Managed catch 子句，而且不會 finally 執行子句。

當上述程式代碼範例有效時，這是因為Objective-C有一種方法可收到未處理的Objective-C例外狀況通知，NSSetUncaughtExceptionHandlerXamarin.iOS 和 Xamarin.Mac 會使用，此時會嘗試將任何Objective-C例外狀況轉換成 Managed 例外狀況。

案例

案例 1 - 使用 Managed Catch 處理程式攔截 Objective-C 例外狀況

在下列案例中，您可以使用 Managed catch 處理程序攔截Objective-C例外狀況：

擲 Objective-C 回例外狀況。
運行時間 Objective-C 會逐步執行堆疊（但不會回溯堆棧），尋找可處理例外狀況的原生 @catch 處理程式。
運行 Objective-C 時間找不到任何 @catch 處理程式、呼叫 NSGetUncaughtExceptionHandler，並叫用 Xamarin.iOS/Xamarin.Mac 所安裝的處理程式。
Xamarin.iOS/Xamarin.Mac 的處理程式會將例外狀況轉換成 Objective-C 受控例外狀況，並擲回它。由於運行時間 Objective-C 並未回溯堆疊（僅逐步執行堆棧），所以目前的框架與擲回例外狀況的位置 Objective-C 相同。

這裡發生另一個問題，因為Mono運行時間不知道如何正確回溯 Objective-C 畫面。

呼叫 Xamarin.iOS 的未攔截 Objective-C 例外狀況回呼時，堆棧如下所示：

 0 libxamarin-debug.dylib   exception_handler(exc=name: "NSInvalidArgumentException" - reason: "*** setObjectForKey: key cannot be nil")
 1 CoreFoundation           __handleUncaughtException + 809
 2 libobjc.A.dylib          _objc_terminate() + 100
 3 libc++abi.dylib          std::__terminate(void (*)()) + 14
 4 libc++abi.dylib          __cxa_throw + 122
 5 libobjc.A.dylib          objc_exception_throw + 337
 6 CoreFoundation           -[__NSDictionaryM setObject:forKey:] + 1015
 7 libxamarin-debug.dylib   xamarin_dyn_objc_msgSend + 102
 8 TestApp                  ObjCRuntime.Messaging.void_objc_msgSend_IntPtr_IntPtr (intptr,intptr,intptr,intptr)
 9 TestApp                  Foundation.NSMutableDictionary.LowlevelSetObject (intptr,intptr) [0x00000]
10 TestApp                  ExceptionMarshaling.Exceptions.ThrowObjectiveCException () [0x00013]

在這裡，唯一的受管理框架是畫面 8-10，但 Managed 例外狀況會在畫面 0 中擲回。這表示 Mono 運行時間必須回溯原生框架 0-7，這會導致與上述問題相等的問題：雖然 Mono 運行時間會回溯原生框架，但不會執行任何 Objective-C@catch 或 @finally 子句。

程式碼範例：

-(id) setObject: (id) object forKey: (id) key
{
    @try {
        if (key == nil)
            [NSException raise: @"NSInvalidArgumentException"];
    } @finally {
        NSLog (@"This won't be executed");
    }
}

@finally而且不會執行子句，因為回溯此框架的Mono運行時間並不知道。

其變化是擲回 Managed 程式代碼中的 Managed 例外狀況，然後透過原生框架回溯以取得第一個 Managed catch 子句：

class AppDelegate : UIApplicationDelegate {
    public override bool FinishedLaunching (UIApplication application, NSDictionary launchOptions)
    {
        throw new Exception ("An exception");
    }
    static void Main (string [] args)
    {
        try {
            UIApplication.Main (args, null, typeof (AppDelegate));
        } catch (Exception ex) {
            Console.WriteLine ("Managed exception caught.");
        }
    }
}

Managed UIApplication:Main 方法會呼叫原生 UIApplicationMain 方法，然後 iOS 會在最終呼叫 Managed 方法之前執行許多原生程式代碼，並在擲回 Managed AppDelegate:FinishedLaunching 例外狀況時，堆棧上仍有許多原生框架：

 0: TestApp                 ExceptionMarshaling.IOS.AppDelegate:FinishedLaunching (UIKit.UIApplication,Foundation.NSDictionary)
 1: TestApp                 (wrapper runtime-invoke) <Module>:runtime_invoke_bool__this___object_object (object,intptr,intptr,intptr) 
 2: libmonosgen-2.0.dylib   mono_jit_runtime_invoke(method=<unavailable>, obj=<unavailable>, params=<unavailable>, exc=<unavailable>, error=<unavailable>)
 3: libmonosgen-2.0.dylib   do_runtime_invoke(method=<unavailable>, obj=<unavailable>, params=<unavailable>, exc=<unavailable>, error=<unavailable>)
 4: libmonosgen-2.0.dylib   mono_runtime_invoke [inlined] mono_runtime_invoke_checked(method=<unavailable>, obj=<unavailable>, params=<unavailable>, error=0xbff45758)
 5: libmonosgen-2.0.dylib   mono_runtime_invoke(method=<unavailable>, obj=<unavailable>, params=<unavailable>, exc=<unavailable>)
 6: libxamarin-debug.dylib  xamarin_invoke_trampoline(type=<unavailable>, self=<unavailable>, sel="application:didFinishLaunchingWithOptions:", iterator=<unavailable>), context=<unavailable>)
 7: libxamarin-debug.dylib  xamarin_arch_trampoline(state=0xbff45ad4)
 8: libxamarin-debug.dylib  xamarin_i386_common_trampoline
 9: UIKit                   -[UIApplication _handleDelegateCallbacksWithOptions:isSuspended:restoreState:]
10: UIKit                   -[UIApplication _callInitializationDelegatesForMainScene:transitionContext:]
11: UIKit                   -[UIApplication _runWithMainScene:transitionContext:completion:]
12: UIKit                   __84-[UIApplication _handleApplicationActivationWithScene:transitionContext:completion:]_block_invoke.3124
13: UIKit                   -[UIApplication workspaceDidEndTransaction:]
14: FrontBoardServices      __37-[FBSWorkspace clientEndTransaction:]_block_invoke_2
15: FrontBoardServices      __40-[FBSWorkspace _performDelegateCallOut:]_block_invoke
16: FrontBoardServices      __FBSSERIALQUEUE_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__
17: FrontBoardServices      -[FBSSerialQueue _performNext]
18: FrontBoardServices      -[FBSSerialQueue _performNextFromRunLoopSource]
19: FrontBoardServices      FBSSerialQueueRunLoopSourceHandler
20: CoreFoundation          __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__
21: CoreFoundation          __CFRunLoopDoSources0
22: CoreFoundation          __CFRunLoopRun
23: CoreFoundation          CFRunLoopRunSpecific
24: CoreFoundation          CFRunLoopRunInMode
25: UIKit                   -[UIApplication _run]
26: UIKit                   UIApplicationMain
27: TestApp                 (wrapper managed-to-native) UIKit.UIApplication:UIApplicationMain (int,string[],intptr,intptr)
28: TestApp                 UIKit.UIApplication:Main (string[],intptr,intptr)
29: TestApp                 UIKit.UIApplication:Main (string[],string,string)
30: TestApp                 ExceptionMarshaling.IOS.Application:Main (string[])

框架 0-1 和 27-30 會受到管理，而之間的所有畫面都是原生的。如果Mono會透過這些框架回溯，則不會 Objective-C@catch 執行或 @finally 子句。

案例 2 - 無法攔截 Objective-C 例外狀況

在下列案例中，無法使用Managed catch 處理程式攔截Objective-C例外狀況，因為Objective-C例外狀況是以另一種方式處理：

擲 Objective-C 回例外狀況。
運行時間 Objective-C 會逐步執行堆疊（但不會回溯堆棧），尋找可處理例外狀況的原生 @catch 處理程式。
運行時間 Objective-C 會 @catch 尋找處理程式、回溯堆疊，並開始執行 @catch 處理程式。

此案例通常位於 Xamarin.iOS 應用程式中，因為在主線程上通常會有類似這樣的程式代碼：

void UIApplicationMain ()
{
    @try {
        while (true) {
            ExecuteRunLoop ();
        }
    } @catch (NSException *ex) {
        NSLog (@"An unhandled exception occured: %@", exc);
        abort ();
    }
}

這表示在主線程上，永遠不會真正發生未處理的 Objective-C 例外狀況，因此永遠不會呼叫將例外狀況轉換成 Objective-C Managed 例外狀況的回呼。

在比 Xamarin.Mac 支援的舊版 macOS 上偵錯 Xamarin.Mac 應用程式時，這也很常見，因為檢查調試程式中的大部分 UI 物件會嘗試擷取對應至執行平臺中不存在之選取器的屬性（因為 Xamarin.Mac 包含對更高 macOS 版本的支援）。呼叫這類選取器會擲回 NSInvalidArgumentException （“無法辨識的選取器傳送至 ...”），這最終會導致進程當機。

總結來說，讓 Objective-C 運行時間或Mono運行時間回溯框架不經過程序設計，可能會導致未定義的行為，例如當機、記憶體流失，以及其他類型的無法預測（mis）行為。

解決方案

在 Xamarin.iOS 10 和 Xamarin.Mac 2.10 中，我們已新增在任何 Managed 原生界限上攔截 Managed 和 Objective-C 例外狀況的支援，以及將該例外狀況轉換為其他類型。

在虛擬程式碼中，它看起來像這樣：

[DllImport (Constants.ObjectiveCLibrary)]
static extern void objc_msgSend (IntPtr handle, IntPtr selector);

static void DoSomething (NSObject obj)
{
    objc_msgSend (obj.Handle, Selector.GetHandle ("doSomething"));
}

攔截要objc_msgSend的 P/Invoke，並改為呼叫此程式代碼：

void
xamarin_dyn_objc_msgSend (id obj, SEL sel)
{
    @try {
        objc_msgSend (obj, sel);
    } @catch (NSException *ex) {
        convert_to_and_throw_managed_exception (ex);
    }
}

反向案例也做了類似的事情（將 Managed 例外狀況封送處理至 Objective-C 例外狀況）。

攔截 Managed 原生界限上的例外狀況並非無成本，因此對於舊版 Xamarin 專案（pre-.NET），預設不一定會啟用：

Xamarin.iOS/tvOS：模擬器中已啟用例外狀況攔截 Objective-C 。
Xamarin.watchOS：在所有情況下都會強制執行攔截，因為讓 Objective-C 運行時間回溯 Managed 框架會混淆垃圾收集行程，並讓它停止回應或當機。
Xamarin.Mac：針對偵錯組建啟用例外狀況攔截 Objective-C 。

在 .NET 中，預設一律會啟用對例外狀況的Managed 例外 Objective-C 狀況封送處理。

[建置時間旗標] 區段說明如何在預設未啟用攔截時啟用攔截功能（或停用默認攔截時）。

事件

一旦攔截例外狀況，就會引發兩個事件： Runtime.MarshalManagedException 和 Runtime.MarshalObjectiveCException。

這兩個 EventArgs 事件都會傳遞物件，其中包含擲回的原始例外狀況（ Exception 屬性），以及 ExceptionMode 定義如何封送處理例外狀況的屬性。

ExceptionMode屬性可以在事件處理程式中變更，根據處理程式中完成的任何自定義處理來變更行為。其中一個範例是，如果發生特定例外狀況，則會中止進程。

變更 ExceptionMode 屬性會套用至單一事件，並不會影響未來攔截的任何例外狀況。

將 Managed 例外狀況封送處理至機器碼時，可以使用下列模式：

Default：預設會依平臺而有所不同。它一律 ThrowObjectiveCException 在 .NET 中。對於舊版 Xamarin 專案，如果 ThrowObjectiveCException GC 處於合作模式（watchOS）， UnwindNativeCode 否則為（iOS/ watchOS / macOS）。預設值未來可能會變更。
UnwindNativeCode：這是先前（未定義的）行為。這在合作模式中使用 GC 時無法使用（這是 watchOS 上唯一的選項;因此，這不是 watchOS 的有效選項），也不適用於使用 CoreCLR，但它是舊版 Xamarin 專案中所有其他平臺的預設選項。
ThrowObjectiveCException：將Managed 例外狀況轉換成 Objective-C 例外狀況，並擲回例外狀況 Objective-C 。這是 .NET 和舊版 Xamarin 專案中 watchOS 中的預設值。
Abort：中止進程。
Disable：停用例外狀況攔截，因此在事件處理程式中設定此值並無意義，但一旦引發事件，就無法停用此值。在任何情況下，如果設定，它會以做為 UnwindNativeCode。

將例外狀況封送處理 Objective-C 至 Managed 程式代碼時，可以使用下列模式：

Default：預設會依平臺而有所不同。它一律 ThrowManagedException 在 .NET 中。對於舊版 Xamarin 專案， ThrowManagedException 如果 GC 處於合作模式（watchOS）， UnwindManagedCode 否則為（iOS/ tvOS / macOS）。預設值未來可能會變更。
UnwindManagedCode：這是先前（未定義的）行為。這在合作模式中使用 GC 時無法使用（這是 watchOS 上唯一有效的 GC 模式;因此這不是 watchOS 的有效選項），也不適用於使用 CoreCLR，但它是舊版 Xamarin 專案中所有其他平台的預設值。
ThrowManagedException：將例外狀況 Objective-C 轉換為Managed 例外狀況，並擲回Managed 例外狀況。這是 .NET 和舊版 Xamarin 專案中 watchOS 中的預設值。
Abort：中止進程。
Disable：停用例外狀況攔截，因此在事件處理程序中設定此值並無意義，但一旦引發事件，停用它就太晚了。在任何情況下，如果設定，它會中止進程。

因此，若要查看每次封送處理例外狀況時，您可以執行此動作：

Runtime.MarshalManagedException += (object sender, MarshalManagedExceptionEventArgs args) =>
{
    Console.WriteLine ("Marshaling managed exception");
    Console.WriteLine ("    Exception: {0}", args.Exception);
    Console.WriteLine ("    Mode: {0}", args.ExceptionMode);
    
};
Runtime.MarshalObjectiveCException += (object sender, MarshalObjectiveCExceptionEventArgs args) =>
{
    Console.WriteLine ("Marshaling Objective-C exception");
    Console.WriteLine ("    Exception: {0}", args.Exception);
    Console.WriteLine ("    Mode: {0}", args.ExceptionMode);
};

建置時間旗標

可以將下列選項傳遞至 mtouch （針對 Xamarin.iOS 應用程式）和 mmp （針對 Xamarin.Mac 應用程式），這會判斷是否已啟用例外狀況攔截，並設定應該發生的默認動作：

--marshal-managed-exceptions=
- default
- unwindnativecode
- throwobjectivecexception
- abort
- disable
--marshal-objectivec-exceptions=
- default
- unwindmanagedcode
- throwmanagedexception
- abort
- disable

disable除了之外，這些值與傳遞至 MarshalManagedException 和 MarshalObjectiveCException 事件的值相同ExceptionMode。

選項disable大多會停用攔截，但我們不會在未新增任何執行額外負荷時攔截例外狀況。這些例外狀況仍會引發封送處理事件，預設模式是執行平台的預設模式。

限制

我們只會在嘗試攔截Objective-C例外狀況時攔截 P/Invokes 至objc_msgSend函式系列。這表示 P/Invoke 至另一個 C 函式，然後擲回任何 Objective-C 例外狀況，仍然會遇到舊和未定義的行為（未來可能會改善此行為）。

例外狀況封送處理（範例）

共用方式為

Xamarin.iOS 和 Xamarin.Mac 中的例外狀況封送處理

問題

中斷的程序代碼

案例

案例 1 - 使用 Managed Catch 處理程式攔截 Objective-C 例外狀況

案例 2 - 無法攔截 Objective-C 例外狀況

解決方案

事件

建置時間旗標

限制

其他資源

共用方式為

Xamarin.iOS 和 Xamarin.Mac 中的例外狀況封送處理

問題

中斷的程序代碼

案例

案例 1 - 使用 Managed Catch 處理程式攔截 Objective-C 例外狀況

案例 2 - 無法攔截 Objective-C 例外狀況

解決方案

事件

建置時間旗標

限制

相關連結

其他資源