StackTrace的实现

Sat, 06 Jul 2019 01:27:34 +0800

StackTrace的实现

简介

在python java这些语言中，一旦程序发生了异常，如下图，会打印异常发生时的调用栈，而在c/c++中如果需要实现类似的功能则要我们依靠libbacktrace之类的库去打印调用栈，

在c/c++中如何去实现一个类似libbacktrace这样的库来打印函数调用栈呢？本文将介绍一种naive的backtrace实现，讲解backtrace实现的原理。

追踪调用栈的基础-栈帧(stack frame)

栈帧(stack frame)保存着函数调用信息，如下图它存储于c内存布局中的栈区。

栈帧是实现backtrace的核心关键，它会存储着函数调用时的局部变量同时记录了函数调用的上下文如返回地址，其具体布局如下图。

ebp寄存器存储着栈基址指针，esp寄存器存储着当前栈顶指针，我们将ebp-esp之间的内存称为栈帧。

想要具体了解函数调用时，栈帧是如何变化的我们可以从汇编代码进行了解，我们将如下的代码进行反汇编

// file:naive.c
int add(int a, int b){
    return a + b;
}

int main(int argc, char* argv[]){
    add(1,2);
}
// 反汇编命令 gcc -m32 -S -O0 -masm=intel naive.c

得到如下代码

_add:                                   ## @add
	push	ebp
	mov	ebp, esp
	mov	eax, dword ptr [ebp + 12]
	add	eax, dword ptr [ebp + 8]
	pop	ebp
	ret
_main:                                  ## @main
	push	ebp
	mov	ebp, esp
	sub	esp, 24 # 预留栈空间存储局部变量
	mov	eax, dword ptr [ebp + 12]
	mov	ecx, dword ptr [ebp + 8]
	mov	dword ptr [esp], 1 # 设置局部变量1，2
	mov	dword ptr [esp + 4], 2
	mov	dword ptr [ebp - 4], eax ## 4-byte Spill
	mov	dword ptr [ebp - 8], ecx ## 4-byte Spill
    call	_add
	xor	ecx, ecx
	mov	dword ptr [ebp - 12], eax ## 4-byte Spill
	mov	eax, ecx
	add	esp, 24
	pop	ebp
	ret

在汇编中使用call _add时，它会将下一条地址推入栈中，并跳转至函数位置，即call _add相当于两条指令,push pc; jmp _add, 在使用call _add 指令后，此时栈顶(esp指向的地址)存储着xor ecx, ecx指令的地址。

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