Трассировка стека

«Отслеживание» перенаправляется сюда. О фильме 2018 года см. Backtrace (фильм) .

В вычислительной технике трассировка стека (также называемая трассировкой стека) или обратная трассировка стека ) — это отчет об активных кадрах стека в определенный момент времени во время выполнения программы . При запуске программы память часто динамически распределяется в двух местах: в стеке и в куче . Память постоянно выделяется в стеке, а не в куче, что отражает их имена. Стек также относится к программной конструкции, поэтому, чтобы отличить его, этот стек называется стеком вызовов функций программы . Технически, как только блок памяти был выделен в стеке, его нельзя легко удалить, поскольку до него могут быть выделены другие блоки памяти. блок памяти, называемый записью активации Каждый раз, когда в программе вызывается функция, поверх стека вызовов выделяется . Обычно запись активации хранит аргументы функции и локальные переменные. Что именно он содержит и как оно расположено, определяется соглашением о вызовах .

Программисты обычно используют трассировку стека во время интерактивной и посмертной отладки . Конечные пользователи могут видеть трассировку стека, отображаемую как часть сообщения об ошибке , о которой пользователь затем может сообщить программисту.

Трассировка стека позволяет отслеживать последовательность вызываемых вложенных функций до момента создания трассировки стека. В посмертном сценарии это распространяется на функцию, в которой произошел сбой (но не обязательно он был вызван). Одноуровневые вызовы не отображаются в трассировке стека.

Языковая поддержка

Многие языки программирования, включая Java и С# , имеют встроенную поддержку получения текущей трассировки стека с помощью системных вызовов. До std::stacktrace был добавлен в стандартную библиотеку как контейнер для std::stacktrace_entryВ версиях до C++23 для этого не было встроенной поддержки, но пользователи C++ могут получать трассировки стека, например, с помощью stacktrace библиотеки . В JavaScript ​ исключения содержат stack свойство, содержащее стек из того места, куда он был брошен.

Питон

Например, следующая программа Python содержит ошибку.

def a():
    i = 0
    j = b(i)
    return j

def b(z):
    k = 5
    if z == 0:
        c()
    return k + z

def c():
    error()

a()

Запуск программы под стандартным интерпретатором Python приводит к следующему сообщению об ошибке.

Traceback (most recent call last):
  File "tb.py", line 15, in <module>
    a()
  File "tb.py", line 3, in a
    j = b(i)
  File "tb.py", line 9, in b
    c()
  File "tb.py", line 13, in c
    error()
NameError: name 'error' is not defined

Трассировка стека показывает, где возникает ошибка, а именно в c функция. Это также показывает, что c функция была вызвана b, который был вызван a, который, в свою очередь, вызывался кодом в строке 15 (последней строке) программы. Записи активации для каждой из этих трех функций будут расположены в стеке таким образом, чтобы a функция будет занимать нижнюю часть стека, а c функция будет занимать вершину стека.

Ява

В Java трассировку стека можно сбросить вручную с помощью Thread.dumpStack() Возьмите следующий ввод:

public class Main {
  public static void main(String args[]) {
    demo();
  }
  static void demo() {
    demo1();
  }
  static void demo1() {
    demo2();
  }
  static void demo2() {
    demo3();
  }
  static void demo3() {
    Thread.dumpStack();
  }
}

В исключении функции перечислены в порядке убывания, поэтому самый внутренний вызов идет первым.

java.lang.Exception: Stack trace
        at java.lang.Thread.dumpStack(Thread.java:1336)
        at Main.demo3(Main.java:15)
        at Main.demo2(Main.java:12)
        at Main.demo1(Main.java:9)
        at Main.demo(Main.java:6)
        at Main.main(Main.java:3)

С и С++

И C , и C++ (до C++23 ) не имеют встроенной поддержки получения трассировки стека, но такие библиотеки, как glibc и boost, предоставляют эту функциональность. В этих языках некоторые оптимизации компилятора могут влиять на информацию стека вызовов, которую можно восстановить во время выполнения. Например, встраивание может привести к отсутствию кадров стека, оптимизация хвостового вызова может заменить один кадр стека другим, а удаление указателя кадра может помешать инструментам анализа стека вызовов правильно интерпретировать содержимое стека вызовов.

Например, glibc backtrace() Функция возвращает вывод с функцией программы и адресом памяти.

./a.out() [0x40067f]
./a.out() [0x4006fe]
./a.out() [0x40070a]
/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6(__libc_start_main+0xf5) [0x7f7e60738f45]
./a.out() [0x400599]

Начиная с C++23 , трассировки стека можно сбрасывать вручную, печатая значение, возвращаемое статической функцией-членом. std::stacktrace::current():

std::cout << std::stacktrace::current() << '\n';

Ржавчина

В Rust есть два типа ошибок. паники Функции, использующие макрос , «невосстановимы», и текущий поток станет отравленным из-за разматывания стека. Функции, которые возвращают std::result::Result являются «восстанавливаемыми» и с ними можно обращаться корректно. Однако исправимые ошибки не могут генерировать трассировку стека, поскольку они добавляются вручную, а не являются результатом ошибки времени выполнения.

По состоянию на июнь 2021 года в Rust имеется экспериментальная поддержка трассировки стека при неисправимых ошибках. Rust поддерживает вывод на поток stderr , когда поток паникует, но это необходимо включить, установив параметр RUST_BACKTRACE переменная среды .

Когда эта функция включена, такие обратные трассировки выглядят так, как показано ниже: сначала самый последний вызов.

thread 'main' panicked at 'execute_to_panic', main.rs:3
stack backtrace:
   0: std::sys::imp::backtrace::tracing::imp::unwind_backtrace
   1: std::panicking::default_hook::{{closure}}
   2: std::panicking::default_hook
   3: std::panicking::rust_panic_with_hook
   4: std::panicking::begin_panic
   5: futures::task_impl::with
   6: futures::task_impl::park
...

См. также

• Хвостовой вызов
• Контекст (вычисления)
• Переполнение стека
• Обработка исключений
• Стек вызовов