C/C++中手动获取调用堆栈

当我们的程序core掉之后，如果能获取到core时的函数调用堆栈将非常有利于定位问题。在Windows下可以使用；在Linux下通过gdb使用coredump文件即可。

但有时候由于某些错误导致堆栈被破坏，发生拿不到调用堆栈的情况。

一些基础预备知识本文不再详述，可以参考以下文章：

需要知道的信息：

函数调用对应的call指令本质上是先压入下一条指令的地址到堆栈，然后跳转到目标函数地址

函数返回指令ret则是从堆栈取出一个地址，然后跳转到该地址

EBP寄存器始终指向当前执行函数相关信息（局部变量）所在栈中的位置，ESP则始终指向栈顶

每一个函数入口都会保存调用者的EBP值，在出口处都会重设EBP值，从而实现函数调用的现场保存及现场恢复

64位机器增加了不少寄存器，从而使得函数调用的参数大部分时候可以通过寄存器传递；同时寄存器名字发生改变，例如EBP变为RBP

在函数调用中堆栈的情况可用下图说明：

stack_frame

将代码对应起来：

void g() {    int *p = 0;    long a = 0x1234;    printf("%p %x\n", &a, a);    printf("%p %x\n", &p, p);    f();    *p = 1;}void b(int argc, char **argv) {    printf("%p %p\n", &argc, &argv);    g();}int main(int argc, char **argv) {    b(argc, argv);    return 0;}

在函数g()中断点，看看堆栈中的内容(64位机器)：

(gdb) p $rbp$2 = (void *) 0x7fffffffe370(gdb) p &p$3 = (int **) 0x7fffffffe368(gdb) p $rsp$4 = (void *) 0x7fffffffe360(gdb) x/8ag $rbp-160x7fffffffe360: 0x1234  0x00x7fffffffe370: 0x7fffffffe390  0x400631 
    
     0x7fffffffe380: 0x7fffffffe498  0x1a561cbc00x7fffffffe390: 0x7fffffffe3b0  0x40064f

对应的堆栈图：

stack_frame_ex

可以看看例子中0x400631 <b(int, char**)+43>和 0x40064f <main(int, char**)+27>中的代码：

(gdb) disassemble 0x400631...0x0000000000400627 
    
     : callq  0x400468 
     
      0x000000000040062c 
      
       : callq  0x4005ae 
       
        0x0000000000400631 
        
         : leaveq                           # call的下一条指令...(gdb) disassemble 0x40064f... 0x000000000040063f 
         
          : mov %rsi,-0x10(%rbp)0x0000000000400643 
          
           : mov -0x10(%rbp),%rsi0x0000000000400647 
           
            : mov -0x4(%rbp),%edi0x000000000040064a 
            
             : callq 0x400606 
             
              0x000000000040064f 
              
               : mov $0x0,%eax # call的下一条指令...

顺带一提，每个函数入口和出口，对应的设置RBP代码为：

(gdb) disassemble g...0x00000000004005ae 
    
     :     push   %rbp               # 保存调用者的RBP到堆栈0x00000000004005af 
     
      :     mov    %rsp,%rbp          # 设置自己的RBP...0x0000000000400603 
      
       :    leaveq                    # 等同于：movq %rbp, %rsp                                                          #         popq %rbp0x0000000000400604 
       
        :    retq

由以上可见，通过当前的RSP或RBP就可以找到调用堆栈中所有函数的RBP；找到了RBP就可以找到函数地址。因为，任何时候的RBP指向的堆栈位置就是上一个函数的RBP；而任何时候RBP所在堆栈中的前一个位置就是函数返回地址。

由此我们可以自己构建一个导致gdb无法取得调用堆栈的例子：

void f() {    long *p = 0;    p = (long*) (&p + 1); // 取得g()的RBP    *p = 0;  // 破坏g()的RBP}void g() {    int *p = 0;    long a = 0x1234;    printf("%p %x\n", &a, a);    printf("%p %x\n", &p, p);    f();    *p = 1; // 写0地址导致一次core}void b(int argc, char **argv) {    printf("%p %p\n", &argc, &argv);    g();}int main(int argc, char **argv) {    b(argc, argv);    return 0;}

使用gdb运行该程序：

Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.g () at ebp.c:3737          *p = 1;(gdb) btCannot access memory at address 0x8(gdb) p $rbp$1 = (void *) 0x0

bt无法获取堆栈，在函数g()中RBP被改写为0，gdb从0偏移一个地址长度即0x8，尝试从0x8内存位置获取函数地址，然后提示Cannot access memory at address 0x8。

RBP出现了问题，我们就可以通过RSP来手动获取调用堆栈。因为RSP是不会被破坏的，要通过RSP获取调用堆栈则需要偏移一些局部变量所占的空间：

(gdb) p $rsp$2 = (void *) 0x7fffffffe360(gdb) x/8ag $rsp+16             # g()中局部变量占16字节0x7fffffffe370: 0x7fffffffe390  0x400631 
    
     0x7fffffffe380: 0x7fffffffe498  0x1a561cbc00x7fffffffe390: 0x7fffffffe3b0  0x40064f 
     
      0x7fffffffe3a0: 0x7fffffffe498  0x100000000

基于以上就可以手工找到调用堆栈：

g()0x400631 
    
     0x40064f

上面的例子本质上也是破坏堆栈，并且仅仅破坏了保存了的RBP。在实际情况中，堆栈可能会被破坏得更多，则可能导致手动定位也较困难。

堆栈被破坏还可能导致更多的问题，例如覆盖了函数返回地址，则会导致RIP错误；例如堆栈的不平衡。导致堆栈被破坏的原因也有很多，例如局部数组越界；delete/free栈上对象等。