在Linux中做C/C++開發(fā)經常會遇到一些不可預知的問題導致程序崩潰，同時崩潰后也沒留下任何代碼運行痕跡，因此，堆棧跟蹤技術就顯得非要重要了。本文將簡單介紹Linux中C/C++程序運行時堆棧獲取，首先來看backtrace系列函數(shù)——使用范圍適合于沒有安裝GDB或者想要快速理清楚函數(shù)調用順序的情況 ，頭文件execinfo.h
int backtrace (void **buffer, int size);
該函數(shù)用來獲取當前線程的調用堆棧，獲取的信息將會被存放在buffer中，它是一個指針數(shù)組。參數(shù)size用來指定buffer中可以保存多少個void* 元素。函數(shù)返回值是實際獲取的指針個數(shù)，最大不超過size大小在buffer中的指針實際是從堆棧中獲取的返回地址,每一個堆棧框架有一個返回地址。注意某些編譯器的優(yōu)化選項對獲取正確的調用堆棧有干擾，另外內聯(lián)函數(shù)沒有堆棧框架；刪除框架指針也會使無法正確解析堆棧內容。
char **backtrace_symbols (void *const *buffer, int size);
該函數(shù)將從backtrace函數(shù)獲取的信息轉化為一個字符串數(shù)組。參數(shù)buffer是從backtrace函數(shù)獲取的數(shù)組指針，size是該數(shù)組中的元素個數(shù)(backtrace的返回值)，函數(shù)返回值是一個指向字符串數(shù)組的指針,它的大小同buffer相同。每個字符串包含了一個相對于buffer中對應元素的可打印信息。它包括函數(shù)名，函數(shù)的偏移地址和實際的返回地址。backtrace_symbols生成的字符串都是malloc出來的，但是不要最后一個一個的free，因為backtrace_symbols會根據(jù)backtrace給出的callstack層數(shù)，一次性的將malloc出來一塊內存釋放，所以，只需要在最后free返回指針就OK了。
void backtrace_symbols_fd (void *const *buffer, int size, int fd);
該函數(shù)與backtrace_symbols函數(shù)具有相同的功能，不同的是它不會給調用者返回字符串數(shù)組，而是將結果寫入文件描述符為fd的文件中，每個函數(shù)對應一行。它不需要調用malloc函數(shù)，因此適用于有可能調用該函數(shù)會失敗的情況。
在C++程序中還需要關注一下函數(shù)：
/*** 用于將backtrace_symbols函數(shù)所返回的字符串解析成對應的函數(shù)名，便于理解* 頭文件 cxxabi.h* 名字空間 abi* @param mangled_name A NUL-terminated character string containing the name to be demangled.* @param output_buffer A region of memory, allocated with malloc, of *length bytes, into which the demangled name is stored. If output_buffer is not long enough, it is expanded using realloc. * output_buffer may instead be NULL; in that case, the demangled name is placed in a region of memory allocated with malloc. * @param length If length is non-NULL, the length of the buffer containing the demangled name is placed in *length.* @param status *status is set to one of the following values:* 0: The demangling operation succeeded.* -1: A memory allocation failiure occurred.* -2: Mangled_name is not a valid name under the C++ ABI mangling rules.* -3: One of the arguments is invalid.*/char *__cxa_demangle (const char *mangled_name, char *output_buffer, size_t *length, int *status);
接下來一步一步的講解如何使用以上這些函數(shù)來獲取程序的堆棧
一、第一版代碼如下
#define MAX_FRAMES 100void GetStackTrace (std::string* stack){ void* addresses[MAX_FRAMES]; int size = backtrace (addresses, MAX_FRAMES); std::unique_ptr<char*, void(*)(void*)> symbols { backtrace_symbols (addresses, size), std::free }; for (int i = 0; i < size; ++i) { stack->append (symbols.get()[i]); stack->append ("/n"); }}void TestFunc (std::string& stack, int value){ while (--value); GetStackTrace (&stack);}int main(int argc, char* argv[]){ std::string stack; TestFunc (stack, 5); std::cout << stack << std::endl; return 0;}編譯成可執(zhí)行文件StackTrace后執(zhí)行輸出如下結果：
./StackTrace(_Z13GetStackTracePSs+0x27) [0x4035d5]
./StackTrace(_Z8TestFuncRSsi+0x2a) [0x4036e6]
./StackTrace(main+0x2d) [0x403715]
/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6(__libc_start_main+0xf5) [0x7f7302027de5]
./StackTrace() [0x403139]
從輸出的結果中可以得知程序的調用過程，但是看起來比較難以理解。讓我們來稍微改動一下GetStackTrace函數(shù)。
二、進階版代碼，在第一點中的代碼基礎上改動
void DemangleSymbol (std::string* symbol){ size_t size = 0; int status = -4; char temp[256] = {'/0'}; //first, try to demangle a c++ name if (1 == sscanf (symbol->c_str (), "%*[^(]%*[^_]%[^)+]", temp)) { std::unique_ptr<char, void(*)(void*)> demangled { abi::__cxa_demangle (temp, NULL, &size, &status), std::free }; if (demangled.get ()) { symbol->clear (); symbol->append (demangled.get ()); return; } } //if that didn't work, try to get a regular c symbol if (1 == sscanf(symbol->c_str (), "%255s", temp)) { symbol->clear (); symbol->append (temp); }}void GetStackTrace (std::string* stack){ void* addresses[MAX_FRAMES]; int size = backtrace (addresses, MAX_FRAMES); std::unique_ptr<char*, void(*)(void*)> symbols { backtrace_symbols (addresses, size), std::free }; for (int i = 0; i < size; ++i) { std::string demangled (symbols.get()[i]); DemangleSymbol (&demangled); stack->append (demangled); stack->append ("/n"); }}該版本通過__cxa_demangle來將backtrace_symbols返回的字符串逐個解析成可以方便看懂的字符串，由于__cxa_demangle只能解析_Z13GetStackTracePSs這樣的字符串，所以使用sscanf來簡單的截取backtrace_symbols函數(shù)返回的數(shù)據(jù)，當然，現(xiàn)在已不這么提倡使用sscanf函數(shù)了。編譯成可執(zhí)行文件StackTrace后執(zhí)行輸出如下結果：
GetStackTrace(std::string*)
TestFunc(std::string&, int)
./StackTrace(main+0x2d)
/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6(__libc_start_main+0xf5)
./StackTrace()
從輸出的結果中可以得知程序的調用過程，但是少了一些其他的信息，讓我們來改動一下DemangleSymbol函數(shù)
三、進進介版代碼，在第一，第二點的代碼基礎上改動
// The prefix used for mangled symbols, per the Itanium C++ ABI:// http://www.codesourcery.com/cxx-abi/abi.html#manglingconst char kMangledSymbolPrefix[] = "_Z";// Characters that can be used for symbols, generated by Ruby:// (('a'..'z').to_a+('A'..'Z').to_a+('0'..'9').to_a + ['_']).joinconst char kSymbolCharacters[] = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789_";// Demangles C++ symbols in the given text. Example:// "out/Debug/base_unittests(_ZN10StackTraceC1Ev+0x20) [0x817778c]"// =>// "out/Debug/base_unittests(StackTrace::StackTrace()+0x20) [0x817778c]"void DemangleSymbol (std::string* symbol){ std::string::size_type search_from = 0; while (search_from < symbol->size ()) { // Look for the start of a mangled symbol from search_from std::string::size_type mangled_start = symbol->find (kMangledSymbolPrefix, search_from); if (mangled_start == std::string::npos) { break; // Mangled symbol not found } // Look for the end of the mangled symbol std::string::size_type mangled_end = symbol->find_first_not_of (kSymbolCharacters, mangled_start); if (mangled_end == std::string::npos) { mangled_end = symbol->size (); } std::string mangled_symbol = std::move (symbol->substr (mangled_start, mangled_end - mangled_start)); // Try to demangle the mangled symbol candidate int status = -4; // some arbitrary value to eliminate the compiler warning std::unique_ptr<char, void(*)(void*)> demangled_symbol { abi::__cxa_demangle (mangled_symbol.c_str (), nullptr, 0, &status), std::free }; // 0 Demangling is success if (0 == status) { // Remove the mangled symbol symbol->erase (mangled_start, mangled_end - mangled_start); // Insert the demangled symbol symbol->insert (mangled_start, demangled_symbol.get ()); // Next time, we will start right after the demangled symbol search_from = mangled_start + strlen (demangled_symbol.get ()); } else { // Failed to demangle. Retry after the "_Z" we just found search_from = mangled_start + 2; } }}該版本的DemangleSymbol函數(shù)與第二版的DemangleSymbol函數(shù)稍有改動，該版本主要是找到_Z13GetStackTracePSs這樣的字符串給__cxa_demangle函數(shù)解析，最后將解析后的內容替換掉原來的內容，編譯成可執(zhí)行文件StackTrace后執(zhí)行輸出結果入下：
./StackTrace(GetStackTrace(std::string*)+0x27) [0x403720]
./StackTrace(TestFunc(std::string&, int)+0x2a) [0x4038c0]
./StackTrace(main+0x2d) [0x4038ef]
/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6(__libc_start_main+0xf5) [0x7fb9d560bde5]
./StackTrace() [0x403279]
以上輸出結果在代碼調試中能給我們帶來很多的信息，但是還是少了一些輔助信息，例如：文件名、函數(shù)所在文件的代碼行、進程或者線程號（這個在多線中很重要）。更多內容可以參考開源項目libunwind或者google-coredumper。
以上這篇淺談Linux系統(tǒng)中的異常堆棧跟蹤的簡單實現(xiàn)就是小編分享給大家的全部內容了，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持VEVB武林網。
新聞熱點
疑難解答
