стек вызовов печати на C или C ++

Есть ли способ сбрасывать стек вызовов в запущенном процессе на C или C ++ каждый раз, когда вызывается определенная функция? Я имею в виду примерно следующее:

void foo()
{
   print_stack_trace();

   // foo's body

   return
}

Где print_stack_traceработает аналогично callerPerl.

Или что-то вроде этого:

int main (void)
{
    // will print out debug info every time foo() is called
    register_stack_trace_function(foo); 

    // etc...
}

где register_stack_trace_functionставит какую-то внутреннюю точку останова, которая будет вызывать печать трассировки стека при каждом fooвызове.

Есть ли что-нибудь подобное в какой-нибудь стандартной библиотеке C?

Я работаю над Linux, использую GCC.

Задний план

У меня есть тестовый запуск, который ведет себя по-разному в зависимости от некоторых переключателей командной строки, которые не должны влиять на это поведение. В моем коде есть генератор псевдослучайных чисел, который, как я полагаю, вызывается по-разному в зависимости от этих переключателей. Я хочу иметь возможность запускать тест с каждым набором переключателей и смотреть, вызывается ли генератор случайных чисел по-разному для каждого из них.

Для решения только для Linux вы можете использовать backtrace (3), который просто возвращает массив void *(фактически каждый из них указывает на адрес возврата из соответствующего кадра стека). Чтобы преобразовать их во что-то полезное, есть backtrace_symbols (3) .

Обратите внимание на раздел примечаний в backtrace (3) :

Имена символов могут быть недоступны без использования специальных опций компоновщика. Для систем, использующих компоновщик GNU, необходимо использовать параметр компоновщика -rdynamic. Обратите внимание, что имена «статических» функций не отображаются и не будут доступны в трассировке.

Ускорение трассировки стека

Документировано по адресу: https://www.boost.org/doc/libs/1_66_0/doc/html/stacktrace/getting_started.html#stacktrace.getting_started.how_to_print_current_call_stack

Это самый удобный вариант, который я видел до сих пор, потому что он:

• действительно может распечатать номера строк.

  Он просто делает вызовы , addr2lineоднако , что это некрасиво и может быть медленным , если ваши принимают слишком много следов.

• разоблачает по умолчанию

• Boost - это только заголовок, поэтому, скорее всего, нет необходимости изменять вашу систему сборки

boost_stacktrace.cpp

#include <iostream>

#define BOOST_STACKTRACE_USE_ADDR2LINE
#include <boost/stacktrace.hpp>

void my_func_2(void) {
    std::cout << boost::stacktrace::stacktrace() << std::endl;
}

void my_func_1(double f) {
    (void)f;
    my_func_2();
}

void my_func_1(int i) {
    (void)i;
    my_func_2();
}

int main(int argc, char **argv) {
    long long unsigned int n;
    if (argc > 1) {
        n = strtoul(argv[1], NULL, 0);
    } else {
        n = 1;
    }
    for (long long unsigned int i = 0; i < n; ++i) {
        my_func_1(1);   // line 28
        my_func_1(2.0); // line 29
    }
}

К сожалению, это кажется более поздним дополнением, и пакет libboost-stacktrace-devотсутствует в Ubuntu 16.04, только 18.04:

sudo apt-get install libboost-stacktrace-dev
g++ -fno-pie -ggdb3 -O0 -no-pie -o boost_stacktrace.out -std=c++11 \
  -Wall -Wextra -pedantic-errors boost_stacktrace.cpp -ldl
./boost_stacktrace.out

Мы должны добавить -ldlв конце, иначе компиляция не удастся.

Вывод:

 0# boost::stacktrace::basic_stacktrace<std::allocator<boost::stacktrace::frame> >::basic_stacktrace() at /usr/include/boost/stacktrace/stacktrace.hpp:129
 1# my_func_1(int) at /home/ciro/test/boost_stacktrace.cpp:18
 2# main at /home/ciro/test/boost_stacktrace.cpp:29 (discriminator 2)
 3# __libc_start_main in /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
 4# _start in ./boost_stacktrace.out

 0# boost::stacktrace::basic_stacktrace<std::allocator<boost::stacktrace::frame> >::basic_stacktrace() at /usr/include/boost/stacktrace/stacktrace.hpp:129
 1# my_func_1(double) at /home/ciro/test/boost_stacktrace.cpp:13
 2# main at /home/ciro/test/boost_stacktrace.cpp:27 (discriminator 2)
 3# __libc_start_main in /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
 4# _start in ./boost_stacktrace.out

Вывод и поясняется далее в разделе «glibc backtrace» ниже, который аналогичен.

Обратите внимание на то, как my_func_1(int)и my_func_1(float), искаженные из-за перегрузки функций , были хорошо разобраны для нас.

Обратите внимание, что первые intвызовы отключены на одну строку (28 вместо 27, а второй - на две строки (27 вместо 29). В комментариях было высказано предположение, что это связано с тем, что рассматривается следующий адрес инструкции, который превращает 27 в 28, а 29 выпрыгивает из цикла и становится 27.

Затем мы видим, что с -O3, вывод полностью искажен:

 0# boost::stacktrace::basic_stacktrace<std::allocator<boost::stacktrace::frame> >::size() const at /usr/include/boost/stacktrace/stacktrace.hpp:215
 1# my_func_1(double) at /home/ciro/test/boost_stacktrace.cpp:12
 2# __libc_start_main in /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
 3# _start in ./boost_stacktrace.out

 0# boost::stacktrace::basic_stacktrace<std::allocator<boost::stacktrace::frame> >::size() const at /usr/include/boost/stacktrace/stacktrace.hpp:215
 1# main at /home/ciro/test/boost_stacktrace.cpp:31
 2# __libc_start_main in /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
 3# _start in ./boost_stacktrace.out

Обратные трассировки обычно безвозвратно искажаются оптимизацией. Оптимизация хвостового вызова является ярким примером этого: что такое оптимизация хвостового вызова?

Бенчмарк запущен -O3:

time  ./boost_stacktrace.out 1000 >/dev/null

Вывод:

real    0m43.573s
user    0m30.799s
sys     0m13.665s

Итак, как и ожидалось, мы видим, что этот метод чрезвычайно медленен для внешних вызовов addr2lineи будет возможен только в том случае, если выполняется ограниченное количество вызовов.

Кажется, что каждая печать обратной трассировки занимает сотни миллисекунд, поэтому имейте в виду, что если обратная трассировка происходит очень часто, производительность программы значительно снизится.

Проверено на Ubuntu 19.10, GCC 9.2.1, boost 1.67.0.

Glibc backtrace

Документировано по адресу: https://www.gnu.org/software/libc/manual/html_node/Backtraces.html

main.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

/* Paste this on the file you want to debug. */
#include <stdio.h>
#include <execinfo.h>
void print_trace(void) {
    char **strings;
    size_t i, size;
    enum Constexpr { MAX_SIZE = 1024 };
    void *array[MAX_SIZE];
    size = backtrace(array, MAX_SIZE);
    strings = backtrace_symbols(array, size);
    for (i = 0; i < size; i++)
        printf("%s\n", strings[i]);
    puts("");
    free(strings);
}

void my_func_3(void) {
    print_trace();
}

void my_func_2(void) {
    my_func_3();
}

void my_func_1(void) {
    my_func_3();
}

int main(void) {
    my_func_1(); /* line 33 */
    my_func_2(); /* line 34 */
    return 0;
}

Обобщение:

gcc -fno-pie -ggdb3 -O3 -no-pie -o main.out -rdynamic -std=c99 \
  -Wall -Wextra -pedantic-errors main.c

-rdynamic является ключевым обязательным параметром.

Бегать:

./main.out

Выходы:

./main.out(print_trace+0x2d) [0x400a3d]
./main.out(main+0x9) [0x4008f9]
/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6(__libc_start_main+0xf0) [0x7f35a5aad830]
./main.out(_start+0x29) [0x400939]

./main.out(print_trace+0x2d) [0x400a3d]
./main.out(main+0xe) [0x4008fe]
/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6(__libc_start_main+0xf0) [0x7f35a5aad830]
./main.out(_start+0x29) [0x400939]

Итак, мы сразу видим, что произошла оптимизация встраивания, и некоторые функции были потеряны из трассировки.

Если мы попытаемся получить адреса:

addr2line -e main.out 0x4008f9 0x4008fe

мы получаем:

/home/ciro/main.c:21
/home/ciro/main.c:36

который полностью выключен.

Если мы сделаем то же самое с -O0вместо этого, ./main.outдаст правильную полную трассировку:

./main.out(print_trace+0x2e) [0x4009a4]
./main.out(my_func_3+0x9) [0x400a50]
./main.out(my_func_1+0x9) [0x400a68]
./main.out(main+0x9) [0x400a74]
/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6(__libc_start_main+0xf0) [0x7f4711677830]
./main.out(_start+0x29) [0x4008a9]

./main.out(print_trace+0x2e) [0x4009a4]
./main.out(my_func_3+0x9) [0x400a50]
./main.out(my_func_2+0x9) [0x400a5c]
./main.out(main+0xe) [0x400a79]
/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6(__libc_start_main+0xf0) [0x7f4711677830]
./main.out(_start+0x29) [0x4008a9]

а потом:

addr2line -e main.out 0x400a74 0x400a79

дает:

/home/cirsan01/test/main.c:34
/home/cirsan01/test/main.c:35

так что линии расходятся только на одну, TODO, почему? Но это все еще можно использовать.

Вывод: обратные трассировки могут идеально отображаться только с -O0. При оптимизации исходная трассировка коренным образом изменяется в скомпилированном коде.

Я не смог найти простой способ автоматически разобрать символы C ++ с этим, однако вот несколько уловок:

• https://panthema.net/2008/0901-stacktrace-demangled/
• https://gist.github.com/fmela/591333/c64f4eb86037bb237862a8283df70cdfc25f01d3

Проверено на Ubuntu 16.04, GCC 6.4.0, libc 2.23.

Glibc backtrace_symbols_fd

Этот помощник немного удобнее, чем backtrace_symbolsи производит в основном идентичный вывод:

/* Paste this on the file you want to debug. */
#include <execinfo.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
void print_trace(void) {
    size_t i, size;
    enum Constexpr { MAX_SIZE = 1024 };
    void *array[MAX_SIZE];
    size = backtrace(array, MAX_SIZE);
    backtrace_symbols_fd(array, size, STDOUT_FILENO);
    puts("");
}

Проверено на Ubuntu 16.04, GCC 6.4.0, libc 2.23.

glibc backtraceс C ++ разборчивым хаком 1: -export-dynamic+dladdr

Адаптировано из: https://gist.github.com/fmela/591333/c64f4eb86037bb237862a8283df70cdfc25f01d3

Это "взлом", потому что он требует изменения ELF с помощью -export-dynamic.

glibc_ldl.cpp

#include <dlfcn.h>     // for dladdr
#include <cxxabi.h>    // for __cxa_demangle

#include <cstdio>
#include <string>
#include <sstream>
#include <iostream>

// This function produces a stack backtrace with demangled function & method names.
std::string backtrace(int skip = 1)
{
    void *callstack[128];
    const int nMaxFrames = sizeof(callstack) / sizeof(callstack[0]);
    char buf[1024];
    int nFrames = backtrace(callstack, nMaxFrames);
    char **symbols = backtrace_symbols(callstack, nFrames);

    std::ostringstream trace_buf;
    for (int i = skip; i < nFrames; i++) {
        Dl_info info;
        if (dladdr(callstack[i], &info)) {
            char *demangled = NULL;
            int status;
            demangled = abi::__cxa_demangle(info.dli_sname, NULL, 0, &status);
            std::snprintf(
                buf,
                sizeof(buf),
                "%-3d %*p %s + %zd\n",
                i,
                (int)(2 + sizeof(void*) * 2),
                callstack[i],
                status == 0 ? demangled : info.dli_sname,
                (char *)callstack[i] - (char *)info.dli_saddr
            );
            free(demangled);
        } else {
            std::snprintf(buf, sizeof(buf), "%-3d %*p\n",
                i, (int)(2 + sizeof(void*) * 2), callstack[i]);
        }
        trace_buf << buf;
        std::snprintf(buf, sizeof(buf), "%s\n", symbols[i]);
        trace_buf << buf;
    }
    free(symbols);
    if (nFrames == nMaxFrames)
        trace_buf << "[truncated]\n";
    return trace_buf.str();
}

void my_func_2(void) {
    std::cout << backtrace() << std::endl;
}

void my_func_1(double f) {
    (void)f;
    my_func_2();
}

void my_func_1(int i) {
    (void)i;
    my_func_2();
}

int main() {
    my_func_1(1);
    my_func_1(2.0);
}

Скомпилируйте и запустите:

g++ -fno-pie -ggdb3 -O0 -no-pie -o glibc_ldl.out -std=c++11 -Wall -Wextra \
  -pedantic-errors -fpic glibc_ldl.cpp -export-dynamic -ldl
./glibc_ldl.out 

вывод:

1             0x40130a my_func_2() + 41
./glibc_ldl.out(_Z9my_func_2v+0x29) [0x40130a]
2             0x40139e my_func_1(int) + 16
./glibc_ldl.out(_Z9my_func_1i+0x10) [0x40139e]
3             0x4013b3 main + 18
./glibc_ldl.out(main+0x12) [0x4013b3]
4       0x7f7594552b97 __libc_start_main + 231
/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6(__libc_start_main+0xe7) [0x7f7594552b97]
5             0x400f3a _start + 42
./glibc_ldl.out(_start+0x2a) [0x400f3a]

1             0x40130a my_func_2() + 41
./glibc_ldl.out(_Z9my_func_2v+0x29) [0x40130a]
2             0x40138b my_func_1(double) + 18
./glibc_ldl.out(_Z9my_func_1d+0x12) [0x40138b]
3             0x4013c8 main + 39
./glibc_ldl.out(main+0x27) [0x4013c8]
4       0x7f7594552b97 __libc_start_main + 231
/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6(__libc_start_main+0xe7) [0x7f7594552b97]
5             0x400f3a _start + 42
./glibc_ldl.out(_start+0x2a) [0x400f3a]

Проверено на Ubuntu 18.04.

glibc backtraceс деманглингом C ++, хак 2: анализ вывода обратной трассировки

Показано по адресу: https://panthema.net/2008/0901-stacktrace-demangled/

Это взлом, потому что он требует синтаксического анализа.

TODO - скомпилировать и показать здесь.

libunwind

TODO есть ли у этого преимущества перед трассировкой glibc? Очень похожий вывод, также требует изменения команды сборки, но не является частью glibc, поэтому требуется установка дополнительного пакета.

Код адаптирован из: https://eli.thegreenplace.net/2015/programmatic-access-to-the-call-stack-in-c/

main.c

/* This must be on top. */
#define _XOPEN_SOURCE 700

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

/* Paste this on the file you want to debug. */
#define UNW_LOCAL_ONLY
#include <libunwind.h>
#include <stdio.h>
void print_trace() {
    char sym[256];
    unw_context_t context;
    unw_cursor_t cursor;
    unw_getcontext(&context);
    unw_init_local(&cursor, &context);
    while (unw_step(&cursor) > 0) {
        unw_word_t offset, pc;
        unw_get_reg(&cursor, UNW_REG_IP, &pc);
        if (pc == 0) {
            break;
        }
        printf("0x%lx:", pc);
        if (unw_get_proc_name(&cursor, sym, sizeof(sym), &offset) == 0) {
            printf(" (%s+0x%lx)\n", sym, offset);
        } else {
            printf(" -- error: unable to obtain symbol name for this frame\n");
        }
    }
    puts("");
}

void my_func_3(void) {
    print_trace();
}

void my_func_2(void) {
    my_func_3();
}

void my_func_1(void) {
    my_func_3();
}

int main(void) {
    my_func_1(); /* line 46 */
    my_func_2(); /* line 47 */
    return 0;
}

Скомпилируйте и запустите:

sudo apt-get install libunwind-dev
gcc -fno-pie -ggdb3 -O3 -no-pie -o main.out -std=c99 \
  -Wall -Wextra -pedantic-errors main.c -lunwind

Либо #define _XOPEN_SOURCE 700должно быть сверху, либо мы должны использовать -std=gnu99:

• Тип stack_t больше не определен в Linux?
• Glibc - ошибка в ucontext.h, но только с -std = c11

Бегать:

./main.out

Вывод:

0x4007db: (main+0xb)
0x7f4ff50aa830: (__libc_start_main+0xf0)
0x400819: (_start+0x29)

0x4007e2: (main+0x12)
0x7f4ff50aa830: (__libc_start_main+0xf0)
0x400819: (_start+0x29)

и:

addr2line -e main.out 0x4007db 0x4007e2

дает:

/home/ciro/main.c:34
/home/ciro/main.c:49

С -O0:

0x4009cf: (my_func_3+0xe)
0x4009e7: (my_func_1+0x9)
0x4009f3: (main+0x9)
0x7f7b84ad7830: (__libc_start_main+0xf0)
0x4007d9: (_start+0x29)

0x4009cf: (my_func_3+0xe)
0x4009db: (my_func_2+0x9)
0x4009f8: (main+0xe)
0x7f7b84ad7830: (__libc_start_main+0xf0)
0x4007d9: (_start+0x29)

и:

addr2line -e main.out 0x4009f3 0x4009f8

дает:

/home/ciro/main.c:47
/home/ciro/main.c:48

Проверено на Ubuntu 16.04, GCC 6.4.0, libunwind 1.1.

libunwind с распознаванием имен C ++

Код адаптирован из: https://eli.thegreenplace.net/2015/programmatic-access-to-the-call-stack-in-c/

unwind.cpp

#define UNW_LOCAL_ONLY
#include <cxxabi.h>
#include <libunwind.h>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <iostream>

void backtrace() {
  unw_cursor_t cursor;
  unw_context_t context;

  // Initialize cursor to current frame for local unwinding.
  unw_getcontext(&context);
  unw_init_local(&cursor, &context);

  // Unwind frames one by one, going up the frame stack.
  while (unw_step(&cursor) > 0) {
    unw_word_t offset, pc;
    unw_get_reg(&cursor, UNW_REG_IP, &pc);
    if (pc == 0) {
      break;
    }
    std::printf("0x%lx:", pc);

    char sym[256];
    if (unw_get_proc_name(&cursor, sym, sizeof(sym), &offset) == 0) {
      char* nameptr = sym;
      int status;
      char* demangled = abi::__cxa_demangle(sym, nullptr, nullptr, &status);
      if (status == 0) {
        nameptr = demangled;
      }
      std::printf(" (%s+0x%lx)\n", nameptr, offset);
      std::free(demangled);
    } else {
      std::printf(" -- error: unable to obtain symbol name for this frame\n");
    }
  }
}

void my_func_2(void) {
    backtrace();
    std::cout << std::endl; // line 43
}

void my_func_1(double f) {
    (void)f;
    my_func_2();
}

void my_func_1(int i) {
    (void)i;
    my_func_2();
}  // line 54

int main() {
    my_func_1(1);
    my_func_1(2.0);
}

Скомпилируйте и запустите:

sudo apt-get install libunwind-dev
g++ -fno-pie -ggdb3 -O0 -no-pie -o unwind.out -std=c++11 \
  -Wall -Wextra -pedantic-errors unwind.cpp -lunwind -pthread
./unwind.out

Вывод:

0x400c80: (my_func_2()+0x9)
0x400cb7: (my_func_1(int)+0x10)
0x400ccc: (main+0x12)
0x7f4c68926b97: (__libc_start_main+0xe7)
0x400a3a: (_start+0x2a)

0x400c80: (my_func_2()+0x9)
0x400ca4: (my_func_1(double)+0x12)
0x400ce1: (main+0x27)
0x7f4c68926b97: (__libc_start_main+0xe7)
0x400a3a: (_start+0x2a)

а затем мы можем найти строки my_func_2и my_func_1(int)с:

addr2line -e unwind.out 0x400c80 0x400cb7

который дает:

/home/ciro/test/unwind.cpp:43
/home/ciro/test/unwind.cpp:54

TODO: почему строки расходятся по одной?

Проверено на Ubuntu 18.04, GCC 7.4.0, libunwind 1.2.1.

GDB автоматизация

Мы также можем сделать это с GDB без перекомпиляции, используя: Как выполнить определенное действие при достижении определенной точки останова в GDB?

Хотя, если вы собираетесь много печатать трассировку, это, вероятно, будет менее быстрым, чем другие варианты, но, возможно, мы сможем достичь собственных скоростей compile code, но мне лень тестировать это сейчас: как вызвать сборку в gdb?

main.cpp

void my_func_2(void) {}

void my_func_1(double f) {
    my_func_2();
}

void my_func_1(int i) {
    my_func_2();
}

int main() {
    my_func_1(1);
    my_func_1(2.0);
}

main.gdb

start
break my_func_2
commands
  silent
  backtrace
  printf "\n"
  continue
end
continue

Скомпилируйте и запустите:

g++ -ggdb3 -o main.out main.cpp
gdb -nh -batch -x main.gdb main.out

Вывод:

Temporary breakpoint 1 at 0x1158: file main.cpp, line 12.

Temporary breakpoint 1, main () at main.cpp:12
12          my_func_1(1);
Breakpoint 2 at 0x555555555129: file main.cpp, line 1.
#0  my_func_2 () at main.cpp:1
#1  0x0000555555555151 in my_func_1 (i=1) at main.cpp:8
#2  0x0000555555555162 in main () at main.cpp:12

#0  my_func_2 () at main.cpp:1
#1  0x000055555555513e in my_func_1 (f=2) at main.cpp:4
#2  0x000055555555516f in main () at main.cpp:13

[Inferior 1 (process 14193) exited normally]

TODO Я хотел сделать это -exиз командной строки, чтобы не создавать, main.gdbно я не мог заставить commandsработать там.

Протестировано в Ubuntu 19.04, GDB 8.2.

Ядро Linux

Как распечатать текущую трассировку стека потока внутри ядра Linux?

libdwfl

Первоначально об этом упоминалось по адресу: https://stackoverflow.com/a/60713161/895245, и это может быть лучший метод, но мне нужно провести еще немного тестов, но, пожалуйста, проголосуйте за этот ответ.

TODO: Я попытался свести к минимуму код в этом ответе, который работал, до одной функции, но это segfault, дайте мне знать, если кто-нибудь сможет понять, почему.

dwfl.cpp

#include <cassert>
#include <iostream>
#include <memory>
#include <sstream>
#include <string>

#include <cxxabi.h> // __cxa_demangle
#include <elfutils/libdwfl.h> // Dwfl*
#include <execinfo.h> // backtrace
#include <unistd.h> // getpid

// /programming/281818/unmangling-the-result-of-stdtype-infoname
std::string demangle(const char* name) {
    int status = -4;
    std::unique_ptr<char, void(*)(void*)> res {
        abi::__cxa_demangle(name, NULL, NULL, &status),
        std::free
    };
    return (status==0) ? res.get() : name ;
}

std::string debug_info(Dwfl* dwfl, void* ip) {
    std::string function;
    int line = -1;
    char const* file;
    uintptr_t ip2 = reinterpret_cast<uintptr_t>(ip);
    Dwfl_Module* module = dwfl_addrmodule(dwfl, ip2);
    char const* name = dwfl_module_addrname(module, ip2);
    function = name ? demangle(name) : "<unknown>";
    if (Dwfl_Line* dwfl_line = dwfl_module_getsrc(module, ip2)) {
        Dwarf_Addr addr;
        file = dwfl_lineinfo(dwfl_line, &addr, &line, nullptr, nullptr, nullptr);
    }
    std::stringstream ss;
    ss << ip << ' ' << function;
    if (file)
        ss << " at " << file << ':' << line;
    ss << std::endl;
    return ss.str();
}

std::string stacktrace() {
    // Initialize Dwfl.
    Dwfl* dwfl = nullptr;
    {
        Dwfl_Callbacks callbacks = {};
        char* debuginfo_path = nullptr;
        callbacks.find_elf = dwfl_linux_proc_find_elf;
        callbacks.find_debuginfo = dwfl_standard_find_debuginfo;
        callbacks.debuginfo_path = &debuginfo_path;
        dwfl = dwfl_begin(&callbacks);
        assert(dwfl);
        int r;
        r = dwfl_linux_proc_report(dwfl, getpid());
        assert(!r);
        r = dwfl_report_end(dwfl, nullptr, nullptr);
        assert(!r);
        static_cast<void>(r);
    }

    // Loop over stack frames.
    std::stringstream ss;
    {
        void* stack[512];
        int stack_size = ::backtrace(stack, sizeof stack / sizeof *stack);
        for (int i = 0; i < stack_size; ++i) {
            ss << i << ": ";

            // Works.
            ss << debug_info(dwfl, stack[i]);

#if 0
            // TODO intended to do the same as above, but segfaults,
            // so possibly UB In above function that does not blow up by chance?
            void *ip = stack[i];
            std::string function;
            int line = -1;
            char const* file;
            uintptr_t ip2 = reinterpret_cast<uintptr_t>(ip);
            Dwfl_Module* module = dwfl_addrmodule(dwfl, ip2);
            char const* name = dwfl_module_addrname(module, ip2);
            function = name ? demangle(name) : "<unknown>";
            // TODO if I comment out this line it does not blow up anymore.
            if (Dwfl_Line* dwfl_line = dwfl_module_getsrc(module, ip2)) {
              Dwarf_Addr addr;
              file = dwfl_lineinfo(dwfl_line, &addr, &line, nullptr, nullptr, nullptr);
            }
            ss << ip << ' ' << function;
            if (file)
                ss << " at " << file << ':' << line;
            ss << std::endl;
#endif
        }
    }
    dwfl_end(dwfl);
    return ss.str();
}

void my_func_2() {
    std::cout << stacktrace() << std::endl;
    std::cout.flush();
}

void my_func_1(double f) {
    (void)f;
    my_func_2();
}

void my_func_1(int i) {
    (void)i;
    my_func_2();
}

int main(int argc, char **argv) {
    long long unsigned int n;
    if (argc > 1) {
        n = strtoul(argv[1], NULL, 0);
    } else {
        n = 1;
    }
    for (long long unsigned int i = 0; i < n; ++i) {
        my_func_1(1);
        my_func_1(2.0);
    }
}

Скомпилируйте и запустите:

sudo apt install libdw-dev
g++ -fno-pie -ggdb3 -O0 -no-pie -o dwfl.out -std=c++11 -Wall -Wextra -pedantic-errors dwfl.cpp -ldw
./dwfl.out

Вывод:

0: 0x402b74 stacktrace[abi:cxx11]() at /home/ciro/test/dwfl.cpp:65
1: 0x402ce0 my_func_2() at /home/ciro/test/dwfl.cpp:100
2: 0x402d7d my_func_1(int) at /home/ciro/test/dwfl.cpp:112
3: 0x402de0 main at /home/ciro/test/dwfl.cpp:123
4: 0x7f7efabbe1e3 __libc_start_main at ../csu/libc-start.c:342
5: 0x40253e _start at ../csu/libc-start.c:-1

0: 0x402b74 stacktrace[abi:cxx11]() at /home/ciro/test/dwfl.cpp:65
1: 0x402ce0 my_func_2() at /home/ciro/test/dwfl.cpp:100
2: 0x402d66 my_func_1(double) at /home/ciro/test/dwfl.cpp:107
3: 0x402df1 main at /home/ciro/test/dwfl.cpp:121
4: 0x7f7efabbe1e3 __libc_start_main at ../csu/libc-start.c:342
5: 0x40253e _start at ../csu/libc-start.c:-1

Тестовый прогон:

g++ -fno-pie -ggdb3 -O3 -no-pie -o dwfl.out -std=c++11 -Wall -Wextra -pedantic-errors dwfl.cpp -ldw
time ./dwfl.out 1000 >/dev/null

Вывод:

real    0m3.751s
user    0m2.822s
sys     0m0.928s

Итак, мы видим, что этот метод в 10 раз быстрее, чем stacktrace Boost, и поэтому может быть применим для большего количества вариантов использования.

Протестировано в Ubuntu 19.10 amd64, libdw-dev 0.176-1.1.

Смотрите также

• Как можно получить трассировку стека в C?
• Как заставить backtrace () / backtrace_symbols () печатать имена функций?
• Есть ли переносимый / совместимый со стандартами способ получить имена файлов и номера записей в трассировке стека?
• Лучший способ вызвать GDB изнутри программы для печати трассировки стека?
• автоматическая трассировка стека при сбое:
  • на исключение C ++: C ++: трассировка стека отображения C ++ при исключении
  • generic: как автоматически генерировать трассировку стека при сбое моей программы

Стандартного способа сделать это не существует. Для окон функциональность предоставляется в библиотеке DbgHelp.

Есть ли способ сбрасывать стек вызовов в запущенном процессе на C или C ++ каждый раз, когда вызывается определенная функция?

Вы можете использовать макрос-функцию вместо оператора return в конкретной функции.

Например, вместо использования return,

int foo(...)
{
    if (error happened)
        return -1;

    ... do something ...

    return 0
}

Вы можете использовать функцию макроса.

#include "c-callstack.h"

int foo(...)
{
    if (error happened)
        NL_RETURN(-1);

    ... do something ...

    NL_RETURN(0);
}

Всякий раз, когда в функции происходит ошибка, вы увидите стек вызовов в стиле Java, как показано ниже.

Error(code:-1) at : so_topless_ranking_server (sample.c:23)
Error(code:-1) at : nanolat_database (sample.c:31)
Error(code:-1) at : nanolat_message_queue (sample.c:39)
Error(code:-1) at : main (sample.c:47)

Полный исходный код доступен здесь.

c-callstack на https://github.com/Nanolat

Еще один ответ на старую ветку.

Когда мне нужно это сделать, я обычно просто использую system()иpstack

Так что примерно так:

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <string>
#include <sstream>
#include <cstdlib>

void f()
{
    pid_t myPid = getpid();
    std::string pstackCommand = "pstack ";
    std::stringstream ss;
    ss << myPid;
    pstackCommand += ss.str();
    system(pstackCommand.c_str());
}

void g()
{
   f();
}


void h()
{
   g();
}

int main()
{
   h();
}

Это выводит

#0  0x00002aaaab62d61e in waitpid () from /lib64/libc.so.6
#1  0x00002aaaab5bf609 in do_system () from /lib64/libc.so.6
#2  0x0000000000400c3c in f() ()
#3  0x0000000000400cc5 in g() ()
#4  0x0000000000400cd1 in h() ()
#5  0x0000000000400cdd in main ()

Это должно работать в Linux, FreeBSD и Solaris. Я не думаю, что в macOS есть pstack или простой эквивалент, но у этого потока, похоже, есть альтернатива .

Если вы используете C, вам нужно будет использовать Cстроковые функции.

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

void f()
{
    pid_t myPid = getpid();
    /*
      length of command 7 for 'pstack ', 7 for the PID, 1 for nul
    */
    char pstackCommand[7+7+1];
    sprintf(pstackCommand, "pstack %d", (int)myPid);
    system(pstackCommand);
}

Я использовал 7 для максимального количества цифр в PID, основываясь на этом сообщении .

Специфично для Linux, TL; DR:

1. backtracein glibcсоздает точные трассировки стека, только когда -lunwindон связан (недокументированная функция, специфичная для платформы).
2. Для вывода имени функции , исходного файла и номера строки использования #include <elfutils/libdwfl.h>(эта библиотека задокументированы только в заголовочном файле). backtrace_symbolsи backtrace_symbolsd_fdнаименее информативны.

В современном Linux вы можете получить адреса трассировки стека с помощью функции backtrace. Недокументированный способ backtraceсоздания более точных адресов на популярных платформах - это установить ссылку на -lunwind( libunwind-devв Ubuntu 18.04) (см. Пример вывода ниже). backtraceиспользует функцию, _Unwind_Backtraceи по умолчанию последняя исходит из, libgcc_s.so.1и эта реализация наиболее переносима. Когда -lunwindона связана, она предоставляет более точную версию, _Unwind_Backtraceно эта библиотека менее переносима (см. Поддерживаемые архитектуры в libunwind/src).

К сожалению, товарищ backtrace_symbolsdиbacktrace_symbols_fd функции не могли преобразовать адреса трассировки стека в имена функций с именем исходного файла и номером строки, вероятно, уже десять лет (см. Пример вывода ниже).

Однако есть другой метод преобразования адресов в символы, и он дает наиболее полезные трассировки с именем функции , исходным файлом и номером строки . Метод заключается в #include <elfutils/libdwfl.h>подключении -ldw( libdw-devв Ubuntu 18.04).

Рабочий пример C ++ ( test.cc):

#include <stdexcept>
#include <iostream>
#include <cassert>
#include <cstdlib>
#include <string>

#include <boost/core/demangle.hpp>

#include <execinfo.h>
#include <elfutils/libdwfl.h>

struct DebugInfoSession {
    Dwfl_Callbacks callbacks = {};
    char* debuginfo_path = nullptr;
    Dwfl* dwfl = nullptr;

    DebugInfoSession() {
        callbacks.find_elf = dwfl_linux_proc_find_elf;
        callbacks.find_debuginfo = dwfl_standard_find_debuginfo;
        callbacks.debuginfo_path = &debuginfo_path;

        dwfl = dwfl_begin(&callbacks);
        assert(dwfl);

        int r;
        r = dwfl_linux_proc_report(dwfl, getpid());
        assert(!r);
        r = dwfl_report_end(dwfl, nullptr, nullptr);
        assert(!r);
        static_cast<void>(r);
    }

    ~DebugInfoSession() {
        dwfl_end(dwfl);
    }

    DebugInfoSession(DebugInfoSession const&) = delete;
    DebugInfoSession& operator=(DebugInfoSession const&) = delete;
};

struct DebugInfo {
    void* ip;
    std::string function;
    char const* file;
    int line;

    DebugInfo(DebugInfoSession const& dis, void* ip)
        : ip(ip)
        , file()
        , line(-1)
    {
        // Get function name.
        uintptr_t ip2 = reinterpret_cast<uintptr_t>(ip);
        Dwfl_Module* module = dwfl_addrmodule(dis.dwfl, ip2);
        char const* name = dwfl_module_addrname(module, ip2);
        function = name ? boost::core::demangle(name) : "<unknown>";

        // Get source filename and line number.
        if(Dwfl_Line* dwfl_line = dwfl_module_getsrc(module, ip2)) {
            Dwarf_Addr addr;
            file = dwfl_lineinfo(dwfl_line, &addr, &line, nullptr, nullptr, nullptr);
        }
    }
};

std::ostream& operator<<(std::ostream& s, DebugInfo const& di) {
    s << di.ip << ' ' << di.function;
    if(di.file)
        s << " at " << di.file << ':' << di.line;
    return s;
}

void terminate_with_stacktrace() {
    void* stack[512];
    int stack_size = ::backtrace(stack, sizeof stack / sizeof *stack);

    // Print the exception info, if any.
    if(auto ex = std::current_exception()) {
        try {
            std::rethrow_exception(ex);
        }
        catch(std::exception& e) {
            std::cerr << "Fatal exception " << boost::core::demangle(typeid(e).name()) << ": " << e.what() << ".\n";
        }
        catch(...) {
            std::cerr << "Fatal unknown exception.\n";
        }
    }

    DebugInfoSession dis;
    std::cerr << "Stacktrace of " << stack_size << " frames:\n";
    for(int i = 0; i < stack_size; ++i) {
        std::cerr << i << ": " << DebugInfo(dis, stack[i]) << '\n';
    }
    std::cerr.flush();

    std::_Exit(EXIT_FAILURE);
}

int main() {
    std::set_terminate(terminate_with_stacktrace);
    throw std::runtime_error("test exception");
}

Скомпилировано на Ubuntu 18.04.4 LTS с gcc-8.3:

g++ -o test.o -c -m{arch,tune}=native -std=gnu++17 -W{all,extra,error} -g -Og -fstack-protector-all test.cc
g++ -o test -g test.o -ldw -lunwind

Выходы:

Fatal exception std::runtime_error: test exception.
Stacktrace of 7 frames:
0: 0x55f3837c1a8c terminate_with_stacktrace() at /home/max/src/test/test.cc:76
1: 0x7fbc1c845ae5 <unknown>
2: 0x7fbc1c845b20 std::terminate()
3: 0x7fbc1c845d53 __cxa_throw
4: 0x55f3837c1a43 main at /home/max/src/test/test.cc:103
5: 0x7fbc1c3e3b96 __libc_start_main at ../csu/libc-start.c:310
6: 0x55f3837c17e9 _start

Когда нет -lunwindпривязки, он дает менее точную трассировку стека:

0: 0x5591dd9d1a4d terminate_with_stacktrace() at /home/max/src/test/test.cc:76
1: 0x7f3c18ad6ae6 <unknown>
2: 0x7f3c18ad6b21 <unknown>
3: 0x7f3c18ad6d54 <unknown>
4: 0x5591dd9d1a04 main at /home/max/src/test/test.cc:103
5: 0x7f3c1845cb97 __libc_start_main at ../csu/libc-start.c:344
6: 0x5591dd9d17aa _start

Для сравнения, backtrace_symbols_fdвывод для той же трассировки стека наименее информативен:

/home/max/src/test/debug/gcc/test(+0x192f)[0x5601c5a2092f]
/usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6(+0x92ae5)[0x7f95184f5ae5]
/usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6(_ZSt9terminatev+0x10)[0x7f95184f5b20]
/usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6(__cxa_throw+0x43)[0x7f95184f5d53]
/home/max/src/test/debug/gcc/test(+0x1ae7)[0x5601c5a20ae7]
/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6(__libc_start_main+0xe6)[0x7f9518093b96]
/home/max/src/test/debug/gcc/test(+0x1849)[0x5601c5a20849]

В производственной версии (а также в версии на языке C) вы можете сделать этот код более надежным, заменив boost::core::demangle, std::stringиstd::cout их базовые вызовы.

Вы также можете переопределить, __cxa_throwчтобы захватить трассировку стека при возникновении исключения и распечатать ее при обнаружении исключения. К тому времени, когда он входит в catchблок, стек уже размотан, поэтому вызывать его уже поздно backtrace, и именно поэтому необходимо захватить стек, throwкоторый реализуется функцией __cxa_throw. Обратите внимание, что в многопоточной программе __cxa_throwможет одновременно вызываться несколько потоков, так что если она захватывает трассировку стека в глобальный массив, который должен быть thread_local.

Вы можете реализовать функционал самостоятельно:

Используйте глобальный (строковый) стек и в начале каждой функции помещайте имя функции и другие значения (например, параметры) в этот стек; при выходе из функции вытолкните его снова.

Напишите функцию, которая будет распечатывать содержимое стека при ее вызове, и используйте ее в функции, в которой вы хотите видеть стек вызовов.

Это может показаться трудоемким, но весьма полезным.

Конечно, следующий вопрос: хватит ли этого?

Основным недостатком трассировки стека является то, что почему у вас есть конкретная вызываемая функция, у вас нет ничего другого, например значения ее аргументов, что очень полезно для отладки.

Если у вас есть доступ к gcc и gdb, я бы посоветовал использовать assertдля проверки определенного условия и создания дампа памяти, если оно не выполняется. Конечно, это означает, что процесс остановится, но у вас будет полноценный отчет вместо простой трассировки стека.

Если вы хотите менее навязчивый способ, вы всегда можете использовать ведение журнала. Существуют очень эффективные лесозаготовительные предприятия, например, Pantheios . Что еще раз может дать вам гораздо более точное представление о том, что происходит.

Вы можете использовать для этого Poppy . Обычно он используется для сбора трассировки стека во время сбоя, но он также может выводить его для работающей программы.

А теперь самое интересное: он может выводить фактические значения параметров для каждой функции в стеке и даже локальные переменные, счетчики циклов и т. Д.

Я знаю, что эта ветка устарела, но думаю, что она может быть полезна другим людям. Если вы используете gcc, вы можете использовать его возможности инструмента (параметр -finstrument-functions) для регистрации любого вызова функции (вход и выход). Взгляните на это для получения дополнительной информации: http://hacktalks.blogspot.fr/2013/08/gcc-instrument-functions.html

Таким образом, вы можете, например, помещать и вставлять все вызовы в стек, а когда вы хотите его распечатать, вы просто смотрите, что у вас есть в стеке.

Протестировал, работает отлично и очень удобно

ОБНОВЛЕНИЕ: вы также можете найти информацию о параметре компиляции -finstrument-functions в документе GCC, касающемся параметров инструментария: https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Instrumentation-Options.html

Вы можете использовать библиотеки Boost для печати текущего стека вызовов.

#include <boost/stacktrace.hpp>

// ... somewhere inside the `bar(int)` function that is called recursively:
std::cout << boost::stacktrace::stacktrace();

Человек здесь: https://www.boost.org/doc/libs/1_65_1/doc/html/stacktrace.html

Вы можете использовать профилировщик GNU. Он также показывает график звонков! команда есть, gprofи вам нужно скомпилировать свой код с какой-либо опцией.

Есть ли способ сбрасывать стек вызовов в запущенном процессе на C или C ++ каждый раз, когда вызывается определенная функция?

Нет, хотя решения, зависящие от платформы, могут существовать.