【专业技术】在C/C++程序中打印当前函数调用栈

前几天帮同事跟踪的一个程序莫名退出,没有core dump(当然ulimit是打开的)的问题。我们知道,正常情况下,如果程序因为某种异常条件退出的话,应该会产生core dump,而如果程序正常退出的话,应该是直接或者间接的调用了exit()相关的函数。

基于这个事实,我想到了这样一个办法,在程序开始时,通过系统提供的atexit(),向系统注册一个回调函数,在程序调用exit()退出的时候,这个回调函数就会被调用,然后我们在回调函数中打印出当前的函数调用栈,由此便可以知道exit()是在哪里调用,从而上述问题便迎刃而解了。上述方法用来解决类似问题是非常行之有效的。

在上面,我提到了在“回调函数中打印出当前的函数调用栈”,相信细心的朋友应该注意到这个了,本文的主要内容就是详细介绍,如何在程序中打印中当前的函数调用栈。

我之前写过一篇题目为《介绍几个关于C/C++程序调试的函数》的文章,看到这里,请读者朋友先看一下前面这篇,因为本文是以前面这篇文章为基础的。我正是用了backtrace()和backtrace_symbols()这两个函数实现的,下面是一个简单的例子,通过这个例子我们来介绍具体的方法:

#include<execinfo.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
voidfun1();
voidfun2();
voidfun3();
voidprint_stacktrace();
intmain()
{
fun3();
}
voidfun1()
{
printf("stackstracebegin:\n");
print_stacktrace();
}
voidfun2()
{
fun1();
}
voidfun3()
{
fun2();
}
voidprint_stacktrace()
{
intsize=16;
void*array[16];
intstack_num=backtrace(array,size);
char**stacktrace=backtrace_symbols(array,stack_num);
for(inti=0;i<stack_num;++i)
{
printf("%s\n",stacktrace[i]);
}
free(stacktrace);
}

(说明:下面的介绍采用的环境是ubuntu 11.04, x86_64, gcc-4.5.2)

1.通过下面的方式编译运行:

wuzesheng@ubuntu:~/work/test$gcctest.cc-otest1
wuzesheng@ubuntu:~/work/test$./test1
stackstracebegin:
./test1()[0x400645]
./test1()[0x400607]
./test1()[0x400612]
./test1()[0x40061d]
./test1()[0x4005ed]
/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6(__libc_start_main+0xff)[0x7f5c59a91eff]
./test1()[0x400529]

从上面的运行结果中,我们的确看到了函数的调用栈,但是都是16进制的地址,会有点小小的不爽。当然我们可以通过反汇编得到每个地址对应的函数,但这个还是有点麻烦了。不急,且听我慢慢道来,看第2步。

2. 通过下面的方式编译运行:

wuzesheng@ubuntu:~/work/test$gcctest.cc-rdynamic-otest2
wuzesheng@ubuntu:~/work/test$./test2
stackstracebegin:
./test2(_Z16print_stacktracev+0x26)[0x4008e5]
./test2(_Z4fun1v+0x13)[0x4008a7]
./test2(_Z4fun2v+0x9)[0x4008b2]
./test2(_Z4fun3v+0x9)[0x4008bd]
./test2(main+0x9)[0x40088d]
/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6(__libc_start_main+0xff)[0x7f9370186eff]
./test2()[0x4007c9]

这下终于可以看到函数的名字了,对比一下2和1的编译过程,2比1多了一个-rdynamic的选项,让我们来看看这个选项是干什么的(来自gcc mannual的说明):

-rdynamic
Passtheflag-export-dynamictotheELFlinker,ontargetsthatsupportit.Thisinstructsthelinkertoaddallsymbols,notonlyusedones,tothedynamicsymboltable.Thisoptionisneededforsomeusesof"dlopen"ortoallowobtainingbacktracesfromwithinaprogram.

从上面的说明可以看出,它的主要作用是让链接器把所有的符号都加入到动态符号表中,这下明白了吧。不过这里还有一个问题,这里的函数名都是mangle过的,需要demangle才能看到原始的函数。关于c++的mangle/demangle机制,不了解的朋友可以在搜索引擎上搜一下,我这里就不多就介绍了。这里介绍如何用命令来demangle,通过c++filt命令便可以:

wuzesheng@ubuntu:~/work/test$c++filt<<<"_Z16print_stacktracev"
print_stacktrace()

写到这里,大部分工作就ok了。不过不知道大家有没有想过这样一个问题,同一个函数可以在代码中多个地方调用,如果我们只是知道函数,而不知道在哪里调用的,有时候还是不够方便,bingo,这个也是有办法的,可以通过address2line命令来完成,我们用第2步中编译出来的test2来做实验(address2line的-f选项可以打出函数名, -C选项也可以demangle):

wuzesheng@ubuntu:~/work/test$addr2line-a0x4008a7-etest2-f
0x00000000004008a7
_Z4fun1v
??:0

Oh no,怎么打出来的位置信息是乱码呢?不急,且看我们的第3步。

3. 通过下面的方式编译运行

wuzesheng@ubuntu:~/work/test$gcctest.cc-rdynamic-g-otest3
wuzesheng@ubuntu:~/work/test$./test3
stackstracebegin:
./test3(_Z16print_stacktracev+0x26)[0x4008e5]
./test3(_Z4fun1v+0x13)[0x4008a7]
./test3(_Z4fun2v+0x9)[0x4008b2]
./test3(_Z4fun3v+0x9)[0x4008bd]
./test3(main+0x9)[0x40088d]
/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6(__libc_start_main+0xff)[0x7fa9558c1eff]
./test3()[0x4007c9]
wuzesheng@ubuntu:~/work/test$addr2line-a0x4008a7-etest3-f-C
0x00000000004008a7
fun1()
/home/wuzesheng/work/test/test.cc:20

看上面的结果,我们不仅得到了调用栈,而且可以得到每个函数的名字,以及被调用的位置,大功告成。在这里需要说明一下的是,第3步比第2步多了一个-g选项,-g选项的主要作用是生成调试信息,位置信息就属于调试信息的范畴,经常用gdb的朋友相信不会对这个选项感到陌生。

以上转自罗索实验室

原文发布于微信公众号 - 程序员互动联盟(coder_online)

原文发表时间:2015-05-15

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