如何在 C 中获取堆栈跟踪？

Question

我知道没有标准的 C 函数可以做到这一点。我想知道在 Windows 和 *nix 上有哪些技术可以做到这一点？ （Windows XP 是我目前最重要的操作系统。）

Answer 1

glibc 提供

backtrace()

功能。

http://www.gnu.org/software/libc/manual/html_node/Backtraces.html

Answer 2

有

backtrace()

和

backtrace_symbols()

：

来自手册页：

#include <execinfo.h>
#include <stdio.h>
...
void* callstack[128];
int i, frames = backtrace(callstack, 128);
char** strs = backtrace_symbols(callstack, frames);
for (i = 0; i < frames; ++i) {
    printf("%s\n", strs[i]);
}
free(strs);
...

以更方便/OOP 的方式使用它的一种方法是将

backtrace_symbols()

的结果保存在异常类构造函数中。因此，每当您抛出该类型的异常时，您都会获得堆栈跟踪。然后，只需提供一个打印它的函数即可。例如：

class MyException : public std::exception {

    char ** strs;
    MyException( const std::string & message ) {
         int i, frames = backtrace(callstack, 128);
         strs = backtrace_symbols(callstack, frames);
    }

    void printStackTrace() {
        for (i = 0; i < frames; ++i) {
            printf("%s\n", strs[i]);
        }
        free(strs);
    }
};

...

try {
   throw MyException("Oops!");
} catch ( MyException e ) {
    e.printStackTrace();
}

哒哒！

注意：启用优化标志可能会使生成的堆栈跟踪不准确。理想情况下，人们可以在调试标志打开和优化标志关闭的情况下使用此功能。

Answer 3

对于 Windows，请检查 StackWalk64() API（也在 32 位 Windows 上）。对于 UNIX，您应该使用操作系统的本机方式来执行此操作，或者回退到 glibc 的 backtrace()（如果可用）。

但请注意，在本机代码中获取 Stacktrace 很少是一个好主意 - 不是因为它不可能，而是因为您通常试图实现错误的目标。

大多数时候，人们会尝试在特殊情况下获取堆栈跟踪，例如捕获异常、断言失败，或者 - 最糟糕和最错误的 - 当你收到致命的“异常”或信号时分段违规。

考虑到最后一个问题，大多数 API 将要求您显式分配内存或者可能在内部执行此操作。在您的程序当前可能处于的脆弱状态下这样做，实际上可能会使事情变得更糟。例如，崩溃报告（或 coredump）不会反映问题的实际原因，而是反映您处理问题的失败尝试）。

我假设您正在尝试实现致命错误处理的目标，因为大多数人在获取堆栈跟踪时似乎都会尝试这样做。如果是这样，我将依赖调试器（在开发期间）并让进程在生产中进行核心转储（或在 Windows 上进行小型转储）。与适当的符号管理一起，您应该可以轻松地事后找出引起的指令。

Answer 4

您应该使用unwind 库。

unw_cursor_t cursor; unw_context_t uc;
unw_word_t ip, sp;
unw_getcontext(&uc);
unw_init_local(&cursor, &uc);
unsigned long a[100];
int ctr = 0;

while (unw_step(&cursor) > 0) {
  unw_get_reg(&cursor, UNW_REG_IP, &ip);
  unw_get_reg(&cursor, UNW_REG_SP, &sp);
  if (ctr >= 10) break;
  a[ctr++] = ip;
}

除非您从共享库进行调用，否则您的方法也可以正常工作。

您可以在Linux上使用

addr2line

命令来获取对应PC的源函数/行号。

Answer 5

对于 Windows，

CaptureStackBackTrace()

也是一个选项，它在用户端需要的准备代码比

StackWalk64()

少。 （另外，对于我遇到的类似情况，

CaptureStackBackTrace()

最终比

StackWalk64()

工作得更好（更可靠）。）

Answer 6

没有独立于平台的方法可以做到这一点。

您能做的最近的事情就是运行代码而不进行优化。这样您就可以附加到进程（使用 Visual C++ 调试器或 GDB）并获取可用的堆栈跟踪。

Answer 7

Solaris 有 pstack 命令，该命令也被复制到 Linux 中。

Answer 8

过去几年我一直在使用 Ian Lance Taylor 的 libbacktrace。它比 GNU C 库中需要导出所有符号的函数干净得多。它为生成回溯提供了比 libunwind 更多的实用程序。最后但并非最不重要的一点是，它不会像需要外部工具（例如

addr2line

）的方法一样被 ASLR 击败。

Libbacktrace 最初是 GCC 发行版的一部分，但现在作者在 BSD 许可证下将其作为独立库提供：

https://github.com/ianlancetaylor/libbacktrace

在撰写本文时，我不会使用其他任何东西，除非我需要在 libbacktrace 不支持的平台上生成回溯。

Answer 9

您可以通过向后遍历堆栈来完成此操作。但实际上，在每个函数开头将标识符添加到调用堆栈并在末尾弹出它，然后只需打印内容通常更容易。它有点像 PITA，但效果很好，最终会节省您的时间。

Answer 10

Cpptrace 支持 C，并且设计为便携且易于设置。它还促进了一些不错的功能，例如信号安全堆栈跟踪。