一种将跟踪和回溯纳入 C 程序的简单、统一且可移植的方法

Question

GNU libc 的回溯 和 在线仿真器/调试器在将代码移植到新平台时并不总是可用，特别是当目标是微型< a href="http://en.wikipedia.org/wiki/C_%28programming_language%29" rel="nofollow noreferrer">C 编译器，例如用于 Z80。 （通常，程序错误会“挂在”某处，或者使小工具崩溃。）

是否有经典的“狼击剑”手动插入printf的方法？编码员在开发包含对 C 程序进行跟踪和回溯的程序时可以做一些简单且可移植的事情（不使用 C 扩展）？

顺便说一句：这里有一些关于 stackoverflow 的其他相关问题，但这些问题都使用 GNU GLIBC 的回溯 和回溯通常是特定于编译器/实现的：

• C 中是否有调用堆栈转储的函数？
• 如何在我的 gcc C++ 应用程序崩溃时生成堆栈跟踪

Answer 1

这是我的答案的内核：编写一些代码。

我的答案的核心是：如果你的编译器总是在堆栈上分配局部变量，那么...

在记录函数名称的每个函数入口处将 blob 添加到堆栈中，放入一些幻数以可能捕获堆栈崩溃。

typedef struct stack_debug_blob_ {
    int magic1;
    const char * function_name;
    int magic2;
    struct stack_debug_blob_ * called_by;
    int magic3;
} stack_debug_blob;

stack_debug_blob * top_of_stack_debug_blobs = 0;

创建一个宏 ENTER(f)，并使用函数的名称。宏应该位于每个函数中开头 { 之后的第一行代码。它添加了一个结构体，其中包含一个指向 (const) char * 函数名的指针、一个指向堆栈上前一个结构体的指针，也许还添加了一些用于检查完整性的幻数。使 blob 堆栈指针的顶部指向这个新结构。

#define ENTER(f)                                                \
stack_debug_blob new_stack_debug_blob = {                       \
    MAGIC1, (f), MAGIC2, top_of_stack_debug_blobs, MAGIC3};     \
stack_debug_blob * evil_hack = (top_of_stack_debug_blobs = (&new_stack_debug_blob))

为了尽可能保持可移植性，ENTER 所能做的就是声明和初始化变量。因此，evil_hack 需要做一些额外的计算，而不仅仅是初始化变量。

创建一个函数来遍历 blob 列表，检查指针和幻数。如果它发现事情搞砸了，它应该发出错误信号（也许打印到 stderr，也许用 while (1) { /* nada */ } 锁定 cpu，也许进入调试器...取决于你的硬件）。

创建一个宏 EXIT() 来检查 blob 堆栈，然后从链接列表中取消最顶层的链接。它需要放在所有函数的出口点。

#define EXIT() do {                                            \
    check_debug_blobs();                                       \
    top_of_stack_debug_blobs = new_stack_debug_blob.called_by; \
    new_stack_debug_blob.magic1 -= 1; /* paranoia */           \
} while (0)

可能还需要用 RETURN 宏调用替换所有返回，RETURN 宏就像 EXIT，但在 } while (0) 之前有一个返回。

创建一个函数来遍历 blob 列表并打印出函数名称，可以将其称为 stacktrace 或 backtrace 之类的名称。

编写一个程序，通过调用 ENTER(f)、EXIT() 和 RETURN(x) 来检测 C 代码。

省略一些细节，让您享受其中的乐趣...

另请参阅 任何uclibc 的 backtrace 是否可以移植？

Answer 2

RosettaCode.org 上有一个实现，它使用与 @jsl4tv 的建议相同的基本思想。

例如，给出以下内置“hang”的经典 C 代码：

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

void inner(int k)
{
   for(;;){} /* hang */
}

void middle(int x, int y)
{
  inner(x*y);
}

void outer(int a, int b, int c)
{
  middle(a+b, b+c);
}

int main()
{
  outer(2,3,5);
  return(EXIT_SUCCESS);
}

#define STACK_TRACE_ON 和 #include “stack_trace.h”，来自 RosettaCode.org 然后在需要的地方插入 BEGIN(f)/END：

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

#define STACK_TRACE_ON /* compile in these "stack_trace" routines */
#include "stack_trace.h"

void inner(int k)
BEGIN(inner)
   print_indent(); printf("*** Now dump the stack ***\n");
   print_stack_trace();
   for(;;){} /* hang */
END

void middle(int x, int y)
BEGIN(middle)
  inner(x*y);
END

void outer(int a, int b, int c)
BEGIN(outer)
  middle(a+b, b+c);
END

int main()
BEGIN(main)
  stack_trace.on = TRUE; /* turn on runtime tracing */
  outer(2,3,5);
  stack_trace.on = FALSE;
  RETURN(EXIT_SUCCESS);
END

生成：

stack_trace_test.c:19: BEGIN outer[0x80487b4], stack(depth:1, size:60)
stack_trace_test.c:14:   BEGIN middle[0x8048749], stack(depth:2, size:108)
stack_trace_test.c:8:     BEGIN inner[0x80486d8], stack(depth:3, size:156)
stack_trace_test.c:8:       *** Now dump the stack ***
stack_trace_test.c:8:   inner[0x80486d8]        --- stack(depth:4, size:156) ---
stack_trace_test.c:14:  middle[0x8048749]       --- stack(depth:3, size:108) ---
stack_trace_test.c:19:  outer[0x80487b4]        --- stack(depth:2, size:60) ---
stack_trace_test.c:24:  main[0x804882a] --- stack(depth:1, size:0) ---
stack_trace_test.c:8:       --- (depth 4) ---

此 BEGIN ~ END 方法的完善的[开源]版本将是完美的。 （特别是如果它有一个用于异常处理的“FINALLY”子句）。

提示/网址表示赞赏。

Answer 3

在 Symbian 上，有一些脚本用于检查寄存器和堆栈，寻找看起来像代码地址的东西。

这不是可移植的，但它也不依赖于装饰代码。在字节数很重要的平台上，这是必要的权衡……而且它不像 Z80 那样受到限制！但有足够的限制，无法在没有帧指针等的情况下进行编译。

要从没有帧指针的堆栈中计算回溯，您必须向上而不是向下操作堆栈。