在程序運行的過程中，如果出現異常，通常會發出一個信號進入信號處理函數中處理。有些故障過於嚴重到無法實現程序的自恢復。這個時候，程序只能無奈的輸出一些錯誤信息。當然這些錯誤信息對程序的調試也是非常有幫助的，我們在Java中如果出現異常的話，一般都會打印出堆棧跟蹤的信息。
當然，除了打印堆棧信息外，也能在程序的某些點設置一些調試信息方便輸出程序出錯的行號，函數名和文件名。但是這種方式的功能畢竟是有限的，很多異常出現的位置可能並沒有設置這樣的調試語句。這樣，還是堆棧信息比較重要。因為這是運行時輸出的信息，而輸出行號，文件名，函數名的方式只能在編譯時確定。
堆棧跟蹤主要和三個函數相關，分別為backtrace, backtrace_symbols,以及backtrace_symbols_fd.關於這三個函數的信息如下：
#include <execinfo.h>
int backtrace(void **buffer, int size);
char **backtrace_symbols(void *const *buffer, int size);
void backtrace_symbols_fd(void *const *buffer, int size, int fd);
我們知道函數調用的過程是嵌套的，在存儲器中一般將每個函數對應為一個堆棧幀，每個堆棧幀保存相應函數的相關信息，如：參數信息，返回地址信息，函數正文段，動態鏈表，詞法鏈表等。函數調用的過程就是堆棧幀動態變化的過程，每調用一個函數，堆棧中就為該函數建立一塊堆棧幀，堆棧幀的具體實現對應為一個堆棧幀數據結構，數據結構中保存前面提到的信息。
backtrace函數返回backtrace函數被調用時的堆棧信息。這些信息存放在緩沖區buffer中。backtrace函數有兩個參數：
buffer：用於存放堆棧信息的緩沖區
size：用於指示buffer的大小。
要充分考慮到buffer的大小，因為如果函數調用的層次過深可能導致buffer空間不夠，這樣就只能保存一部分堆棧信息，靠近main函數這端的信息會因為空間不夠而被裁掉。buffer是一個指向二維數組的指針，類型為void. buffer中所保存的是一系列堆棧幀的返回地址。traceback函數將返回堆棧中跟蹤到的函數的個數。
將trace函數返回的buffer和返回的函數個數分別作為backtrace_symbols就可以解析出這些跟蹤到的函數的符號名稱，確切的說，backtrace_symbols函數將針對buffer中每一個函數返回地址進行解析，解析後的格式為：./程序名<函數名+>函數的在程序中的十六進制格式偏移地址） [函數實際的返回十六進制格式的地址]，解析後的結果保存為二維字符數組，返回值為二維數組的起始地址。
設返回的二維數組為strings,由於在backtrace_symbols內部調用了malloc開辟空間，所以需要用戶來釋放空間。不過用戶只需要釋放strings所指向的字符串指針數組即可，對於每個字符串不用釋放，也不應該釋放，內部會自動維護。
函數traceback_symbols_fd將輸出堆棧信息到fd所說明的文件中。這樣有一個好處就是不用調用malloc函數了，避免了內存分配失敗的可能性。
然而，需要注意的是，有些函數是不能通過traceback_symbols函數解析出來的，這些情況為：
l 內聯函數沒有對應的堆棧幀）
l 優化級別較高的編譯選項會導致某些函數的堆棧指針不會被保存
l 尾遞歸優化可能導致多個函數遞歸）只使用一個堆棧幀
l 靜態函數的名字不能解析到
另外在鏈接的時候需要添加一些特殊的選項，對於GCC這個選項是 –rdynamic。下面是一個簡單的程序，展示怎樣使用backtrace系列函數。
- /*
- *Author:Chaos Lee
- *Date:2012-02-26 21:35
- */
- #include<stdio.h>
- #include<execinfo.h>
- #include<stdlib.h>
- #define MAX_LEN 256
- void show_stack_info()
- {
- void *buffer[MAX_LEN];
- int returned_size;
- char **strings;
- int i=0;
- returned_size=backtrace(buffer,MAX_LEN);
- printf("%d addresses are returned.\n",returned_size);
- strings=backtrace_symbols(buffer,returned_size);
- if(strings==NULL)
- exit(1);
- for(i=0;i<returned_size;i++)
- {
- printf("%s\n",strings[i]);
- }
- }
- void func4(int a)
- {
- if(a>0)
- func4(--a);
- else
- show_stack_info();
- }
- static void func3(int a)
- {
- func4(--a);
- }
- void func2(int a)
- {
- func3(--a);
- }
- void func1(int a)
- {
- func2(--a);
- }
- int main()
- {
- func1(10);
- return 0;
- }
編譯指令為：
- gcc traceback.c -o traceback –rdynamic
然後運行之：./traceback
輸出結果如下：
- 15 addresses are returned.
- ./traceback(show_stack_info+0x23) [0x40085b]
- ./traceback(func4+0x29) [0x4008e9]
- ./traceback(func4+0x1d) [0x4008dd]
- ./traceback(func4+0x1d) [0x4008dd]
- ./traceback(func4+0x1d) [0x4008dd]
- ./traceback(func4+0x1d) [0x4008dd]
- ./traceback(func4+0x1d) [0x4008dd]
- ./traceback(func4+0x1d) [0x4008dd]
- ./traceback(func4+0x1d) [0x4008dd]
- ./traceback [0x400902]
- ./traceback(func2+0x17) [0x40091b]
- ./traceback(func1+0x17) [0x400934]
- ./traceback(main+0xe) [0x400944]
- /lib64/libc.so.6(__libc_start_main+0xf4) [0x38ba61d8a4]
- ./traceback [0x4007a9]
注意，func3聲明為靜態函數，所以不能將其符號名稱解析出來。其實，backtrace函數更多的是用在信號處理函數中，這在下一篇文章再作介紹。
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