Stack overflow 线程栈溢出异常,程序崩溃在汇编代码 test dword ptr [eax],eax 上的问题排查

本文详述了一起因线程栈溢出导致程序崩溃的问题,涉及使用Windbg静态和动态调试,以及Visual Studio进行汇编代码调试的过程。在检查dump文件和动态调试后,发现在处理特定消息时,函数中的大结构体局部变量导致栈空间超出限制。通过分析和修改代码结构,成功解决了线程栈溢出问题。

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1、问题描述

2、使用Windbg静态分析dump文件

3、将Windbg附加到进程上进行动态调试

4、使用Visual Studio进行Debug调试

4.1、使用if条件断点和汇编代码单步调试

4.2、分析消息响应函数入口处为什么会产生崩溃

4.3、解决办法

5、线程栈溢出的相关细节点说明

6、引发线程栈溢出的常见原因和场景总结

7、调试汇编代码

8、排查方法总结

9、最后


VC++常用功能开发汇总(专栏文章列表,欢迎订阅,持续更新...)https://blog.youkuaiyun.com/chenlycly/article/details/124272585C++软件异常排查从入门到精通系列教程(专栏文章列表,欢迎订阅,持续更新...)https://blog.youkuaiyun.com/chenlycly/article/details/125529931C++软件分析工具从入门到精通案例集锦(专栏文章正在更新中...)https://blog.youkuaiyun.com/chenlycly/article/details/131405795C/C++基础与进阶(专栏文章,持续更新中...)https://blog.youkuaiyun.com/chenlycly/category_11931267.html       上周在新版本软件的测试过程中发现,执行某个点击操作时程序就会发生闪退崩溃,问题是必现的。经排查,是崩溃在校验栈空间的运行时汇编代码文件chkstk.asm中,这个问题有较强的隐蔽性,今天就来总结一下,详细地讲述整个问题的完整排查过程。

1、问题描述

        在软件中切换到会议列表页面,回去自动刷新会议列表,然后手动去点击列表中的某个会议item,会去自动请求对应会议的详细信息,然后程序就发生闪退崩溃了。这个问题是必现的,所以可能会相对好排查一些,但事实上这个问题并没有最开始想象的那么好查,这个问题具有一定的隐蔽性。

2、使用Windbg静态分析dump文件

       我们在软件中安装了异常捕获模块,异常捕获模块捕获到了这次异常,并自动生成了dump文件。于是我们到对应的目录中取出dump文件使用Windbg进行静态分析。用Windbg打开dump文件后,先是看到了Access violation内存访问违例的异常

于是使用.ecxr命令切换到发生异常的那个线程,看到发生异常的那条汇编指令,如下所示:

这条汇编指令中访问了一个较小的内存地址,所以导致了上面的Access violation内存访问违例?访问的内存地址是0x00e00000,而我们之前讲的64KB小地址内存区是指0x00000000 - 0x0000FFFF这个地址范围,显然当前的0x00e00000不在这个64KB小地址内存区域中。至于为什么会崩溃,就要继续向下分析了。

      于是输入kn命令查看函数调用堆栈:

因为没有加载相关模块的pdb文件,所以函数调用堆栈中看不到具体的函数。这时需要根据函数堆栈中显示的模块,依次使用lm命令查看模块的时间戳信息,查找对应版本的时间戳。以directui.dll为例,如下所示:

然后根据时间戳(模块的编译生成时间)到文件服务器上去找pdb文件。

       将函数调用堆栈中相关模块的pdb文件拿来后,将pdb文件路径设置到Windbg中,然后重新输入.ecxr命令切换到发生异常的线程上下文,然后重新输入kn命令查看包含具体函数名等详细信息的函数调用堆栈,如下所示:

从上述函数调用堆栈看,问题好像出在directui的开源框架代码中,这个就比较奇怪了,以前从来没遇到过框架代码出问题的场景。这套框架已经用了好几年了,一直都没问题的,应该不是框架的问题。关于使用Windbg静态分析分析dump文件的一般步骤与要点说明,可以参见我之前写的文章:

使用Windbg静态分析dump文件的一般步骤及要点详解https://blog.youkuaiyun.com/chenlycly/article/details/130873143        所以,静态分析dump文件也没有分析出来,陷入了僵局,这比原先想象的要复杂不少。刚开始联调就出现这样的问题,着实有些棘手,耽误联调时间。这是主要功能点,没法绕过去,必须要继续排查。 

3、将Windbg附加到进程上进行动态调试

       既然静态分析dump文件查不出问题,所以尝试将程序重新启动起来,然后将Windbg附加到进程上进行动态调试,看看动态调试能否得到有用的线索。问题是必现的,按照之前的复现步骤复现异常,Windbg感知到并中断下来,如下所示:

动态调试果然有效果,看到了软件发生了Stack overflow线程栈溢出的异常。

       但使用kn命令看到的函数调用堆栈,和之前dump文件中显示的函数调用堆栈是一样的,如下所示:

虽然知道了发生线程栈溢出的异常,但从函数调用堆栈中还是分析不出来问题,directui框架不应该有问题,都用了好几年了,如果有缺陷,应该之前就会暴露出来了,至此这个问题还是很迷茫。

       于是沿着当前的函数调用堆栈,一个函数一个函数看,但始终没看到明显会引发线程栈溢出的代码,比如定义了一个很大的局部结构体变量、函数递归调用或者函数调用上的死循环。但查看了当前线程的函数调用中的所有的函数,都没找到问题。

       关于使用Windbg动态调试目标进程的一般步骤与要点说明,可以参见我之前写的文章:

使用Windbg动态调试目标进程的一般步骤及要点详解https://blog.youkuaiyun.com/chenlycly/article/details/131029795


HANDLE handle;
handle = CreateFile(strHeadPicFilePath, GENERIC_WRITE, FILE_SHARE_READ,
    NULL, CREATE_ALWAYS, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);
if (handle == INVALID_HANDLE_VALUE)
{
    DWORD dwLastError = GetLastError();

    strLog.Format(_T("[DownloadHeadPicFunc] 创建图片文件失败:%s,GetLastError:%d."),
        strHeadPicFilePath, dwLastError);
    WriteLog(strLog);

    CloseHandle(handle);
    continue;
}

DWORD dwNumByteWritten = 0;
WriteFile(handle, chunk.memory, chunk.size, &dwNumByteWritten, NULL);
CloseHandle(handle);
free(chunk.memory);

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4、使用Visual Studio进行Debug调试

       既然Windbg静态和动态调试都没定位问题,因为问题是必现的,Debug下也是必现的,所以决定使用Visual Studio进行Debug下的调试按照问题的复现步骤操作,程序产生异常,Visual Studio中断下来,如下所示:

代码崩溃在汇编文件chkstk.asm中的这行汇编代码上:test  dword ptr [eax],eax,这点和Windbg看到的是一致的。弹出的提示框中也提示发生了Stack overflow线程栈溢出异常!

       打开调用堆栈页面查看当前的函数调用堆栈:

调用堆栈和Windbg中显示一致,于是进入最后一个函数,到函数内部去详细看一下。

4.1、使用if条件断点和汇编代码单步调试

       点击会议列表中的会议item时会向服务器发起请求会议详情的请求,等服务器回应后,底层会给UI层投递一个消息EVENT_UI_CONF_DETAILINFO_NTF,在消息中携带会议详细信息数据。如果将获取会议详情的代码注释掉,程序就不会崩溃,所以肯定和这个会议详情请求有关。

       既然崩溃在上述函数中,于是在上述函数中打断点进行单步调试。上述函数的功能是处理窗口的自定义消息,收到消息后到映射表中找到消息对应的响应函数去执行响应函数,所以人为地在代码中添加一个条件断点,以EVENT_UI_CONF_DETAILINFO_NTF消息id进行过过滤(消息id宏EVENT_UI_CONF_DETAILINFO_NTF的值为12054),如下所示:

人为添加if条件断点,很好用,比Visual Studio中的条件断点要灵活方便很多,建议使用这种人为添加的if条件断点,我们在项目中基本都用这种方式。 

       问题应该就出在:

(this->*mmf.pfn_bwlb)( wParam, lParam, bHandled );

 这行源码就一行,怎么进行单步调试呢?C++源码是只有一行,但程序最终执行的是汇编代码,一行C++源码可能对应多行汇编代码,可以在运行到断点处,右键点击:

在弹出的右键菜单中点击“转到反汇编”菜单项,跳转到汇编代码页面,单步去调试汇编代码。就在这时突然想起来,好像忽略了一个问题排查点,有没有可能是EVENT_UI_CONF_DETAILINFO_NTF消息响应函数CXXXXMsgRecver::OnConfDetailInfoInd中有问题,于是又在该函数的入口处添加断点

然后命中断点后右键查看汇编代码,然后单步调试汇编代码。经调试发现,问题果然出在响应函数CXXXXMsgRecver::OnConfDetailInfoInd的入口处:

单步调试上面的汇编代码,发现最终崩溃在_chkstk这个函数调用的地方,所以就是崩溃在当前函数的入口处,在崩溃时显示的函数调用堆栈中不显示当前的响应函数,可能和崩溃在函数入口处有关。

4.2、分析消息响应函数入口处为什么会产生崩溃

      已经确定问题出在EVENT_UI_CONF_DETAILINFO_NTF消息的响应函数CXXXXMsgRecver::OnConfDetailInfoInd中了。下面就要看看这个函数入口处为啥会发生崩溃了!

       于是详细查看了CXXXXMsgRecver::OnConfDetailInfoInd函数的代码,不看不知道,一看就知道,函数中根据不同的会议类型分了几个if条件分支,每个分支都使用对应的结构体定义了局部变量,代码片截图如下所示:

即分别使用了TMTInstantConferenceInfo_Api、TMTBookConferenceInfo_Api和TMTVConfDetailInfo_Api三个结构体定义了局部变量,这三个结构体都是比较大的,定义的局部变量都是在栈上分配的,问题就出在这里了。

       此处,需要注意一下,虽然这三个结构体变量是定义在if条件体内部的,作用域位于这些if条件体中,即生命周期在if条件体中,但三个结构体变量占用的栈空间在函数入口处就分配好了(关于这一点可以编写几个分支代码,在Visual Studio中查看汇编代码去验证)。因为结构体很大,所以在分配好三个结构体变量栈内存后,调用_chkstk汇编实现的函数去校验线程栈内存时,发现超过了当前线程的栈的上限,所以触发了Stack overflow线程栈溢出的异常。

       为啥同样的代码在之前的版本中运行不会产生线程栈溢出,现在就会出现呢?初步估计可能是TMTInstantConferenceInfo_Api、TMTBookConferenceInfo_Api和TMTVConfDetailInfo_Api这三个结构体的定义有变动了,比如新增了一些字段,于是去这三个结构体的头文件中去查看svn上的修改记录,果然发现前段时间有人修改了TMTBookConferenceInfo_Api结构体,新增了以下若干个字段:

正因为这些新增的字段导致原本不会栈溢出的,现在发生栈溢出了! 

4.3、解决办法

       问题定位出来了,修改办法其实很简单,只要将在栈上分配内存的局部变量改成指针或者到堆上申请内存的对象即可。修改后的代码片段为:(不再定义局部变量接收,直接定义指针接收即可)

5、线程栈溢出的相关细节点说明

       哪些对象会占用线程的栈内存呢?函数中的局部变量是在线程栈上分配的,函数调用时主调函数传给被调函数的参数时通过栈内存传递的(将要传递的参数内存中的值压到栈上),他们会占用线程的栈内存。

       系统在创建线程时,会给线程分配指定大小的栈内存,在默认情况下,Windows系统默认会给线程分配1MB栈内存、Linux系统默认会给线程分配2MB栈内存。某个线程在某一时刻函数调用堆栈中所有函数占用的栈内存总和,就是当前线程在此时的总的栈内存占用。如果某时刻线程占用的总的栈内存超过系统给该线程分配的栈内存上限时,就会触发Stack overflow线程栈溢出异常

6、引发线程栈溢出的常见原因和场景总结

       引发线程栈溢出问题可能有以下几个可能:

1)函数递归调用的深度过深
因为一直在递归调用,在到达最底下的那层调用之前,递归函数一直没返回,栈空间一直没有释放,导致当前线程占用的栈空间越来越多,达到上限。
2)消息上触发函数的死循环调用
消息触发的函数死循环调用,因为死循环调用了,函数的栈空间一直没释放,导致当前线程占用的栈空间越来越多。这个问题我们在实际项目中遇到过两次。
3)定义了一个占用内存很大的局部变量
比如定义了一个很庞大的结构体,在一个函数中用该结构体定义了一个局部变量,假设该结构体接近或者大于1MB,则会直接导致线程栈溢出。
4)函数中使用switch...case语句,包含了大量的case分支
每个case分支中都定义了局部变量,导致当前函数占用了大量的栈空间。case分支中的局部变量的生命周期是在case分支中的,即代码运行到对应的case分支中时该分支中的局部变量才有“生命”,但其实这个局部变量的栈空间已经在函数入口处分配好栈空间了,并不是代码执行到case子句中才分配栈空间的。这点可以通过编写测试代码,查看函数入口处给当前函数分配栈空间的汇编代码就能看出来了,可以先顶一个变量查看汇编代码看看分配了多少栈空间,然后再增加一个变量,看看分配的栈空间是否变大。

5)多个if-else分支,每个分支中都有定义局部变量

引发问题的原因与多个case语句的场景是一样的,此处就不再赘述了。本问题案例的场景,就是与if-else分支有关系的。

7、调试汇编代码

        CPU中执行的是一句一句汇编代码(或者叫二进制机器码,两者是等价的),看汇编代码才能看到代码的执行细节。一行C++源码可能对应多行汇编代码,有时我们要知道C++源码为何有问题,可以尝试在Visual Studio中转到汇编代码页面,去单步调试汇编代码,通过调试汇编代码去寻找真相。本案例就是一个通过调试汇编代码去排查问题的典型实例。

8、排查方法总结

       在本例中先后使用了多种排查方法,从Windbg静态分析dump文件,到Windbg动态调试目标进程,再到使用Visual Studio调试源码,最后去单行调试汇编代码。最终调试汇编代码,才找出问题的原因。

       在排查问题的过程中,可以需要使用到多种排查方法,一个方法排查不出来,就换另一种方法;或者将两个或两个以上的方法结合起来使用,直到定位问题为止!此外,除了使用调试器,还可以考虑同时使用其他的软件分析工具去辅助定位,比如Process Explorer或Process Monitor等。

9、最后

       本文详细讲述了一个有一定隐蔽性的线程栈溢出异常的问题排查过程,并详细阐述了线程栈溢出的相关细节,系统总结了引发线程栈溢出常见场景和原因,希望能给大家提供一定的借鉴和参考。

<think>根据用户提供的引用内容,问题集中在定义大数组时出现的栈溢出异常。具体表现为编译通过,但运行时在`testdwordptr[eax],eax;probepage`处中断。引用[1][2][3][4]均指出这是由于局部变量(数组)过大导致栈空间不足。用户提到定义二维字符数组后出现相同异常。二维数组在内存中是连续存储的,总大小等于行数×列数×元素大小。若总大小超过默认栈空间(通常1MB),就会引发栈溢出。###问题原因1.**栈空间限制**:Windows默认线程栈大小为1MB(Debug模式可能更小)。例如:```cppcharbigArray[1024][1024];//1024x1024=1MB(char为1字节)```若维度更大(如`[1200][1200]`)则超过1MB,触发溢出。2.**编译器行为**:`testdwordptr[eax],eax`是编译器插入的栈探测指令,用于检查栈页是否可访问。当栈增长过大时,该指令访问无效地址(因栈耗尽),引发访问冲突(0xC0000005)。###解决方案####方法1:减小数组大小(推荐)-重新设计数据结构,避免超大局部数组。-改用动态分配(堆内存):```cpp//动态分配二维数组char**array=newchar*[rows];for(inti=0;i<rows;++i){array[i]=newchar[cols];}//释放内存for(inti=0;i<rows;++i){delete[]array[i];}delete[]array;```或使用`std::vector`:```cppstd::vector<std::vector<char>>array(rows,std::vector<char>(cols));```####方法2:增大栈空间(治标不治本)-**步骤**:1.项目属性→链接器→系统→堆栈保留大小2.输入新值(如2MB:2097152)3.重新编译-**风险**:-掩藏设计问题,可能导致其他位置溢出-多线程环境下每个线程独立栈,过度增大会浪费内存####方法3:将数组改为全局或静态变量-全局/静态变量位于数据段而非栈:```cpp//在函数外部定义constintROWS=1200;constintCOLS=1200;charglobalArray[ROWS][COLS];```###调试技巧1.**计算数组大小**:```cppsize_ttotalSize=sizeof(char)*rows*cols;//检查是否接近1MB(1048576字节)```2.**检查汇编位置**:-异常时查看调用堆栈,定位到定义数组的代码行3.**使用调试器内存窗口**:-观察`eax`值:若为`0xCCCCCCCC`等特殊值,表示未初始化或已损坏###示例修正**错误代码**:```cppvoidProcessImage(){charimageData[2048][2048];//4.2MB→栈溢出//...使用数组...}```**修正为堆分配**:```cppvoidProcessImage(){introws=2048,cols=2048;char*imageData=newchar[rows*cols];//一维模拟二维//访问元素:imageData[row*cols+col]delete[]imageData;}```>**关键点**:栈空间有限,大对象必须放在堆上[^2]。§§相关问题§§1.C++中如何动态创建二维数组并避免内存碎片?2.Windows系统中线程栈大小的限制是多少?3.除了栈溢出,还有哪些原因会导致`testdwordptr[eax],eax`异常?4.如何检测程序中的栈溢出问题?5.C++11智能指针如何管理动态分配的二维数组?</think>### C++ 二维字符数组定义导致 `test dword ptr [eax],eax` 异常的解析与解决方案 #### 问题本质:**栈空间溢出** 您遇到的 `test dword ptr [eax],eax ; probe page` 异常是由于**在函数内定义过大的二维字符数组导致栈空间耗尽**。具体机制如下: 1. **栈空间限制** Windows 默认线程栈大小仅为 **1MB**(1048576 字节)。当您定义大型局部数组(如 `char data[X][Y]`)时: ```cpp void myFunction() { char bigArray[1000][1024]; // 总大小 = 1000×1024 = 1,024,000 字节 ≈ 1MB } ``` 数组总大小接近或超过 1MB 就会触发栈溢出。 2. **编译器行为** `test dword ptr [eax],eax` 是编译器插入的**栈探测指令**(stack probe),用于检查栈页是否可访问。当栈空间不足时,该指令访问无效地址引发访问冲突(0xC0000005)。 #### 关键计算:数组大小与栈消耗 二维数组内存占用公式: $$\text{总字节数} = \text{行数} \times \text{列数} \times \text{sizeof(元素类型)}$$ 示例对比: | 数组定义 | 总大小 | 结果 | |--------------------------|------------|--------------| | `char data[256][1024]` | 256 KB | ✅ 安全 | | `char data[1024][1024]` | 1 MB | ⚠️ 边界风险 | | `char data[1200][1200]` | 1.44 MB | ❌ 必然崩溃 | #### 解决方案 ##### 方法1:改用动态分配(堆内存) ```cpp // 使用 vector 替代静态数组 #include <vector> void safeFunction() { // 动态二维数组 (1200x1200) std::vector<std::vector<char>> dynamicArray(1200, std::vector<char>(1200)); // 访问元素 dynamicArray[10][20] = 'a'; } ``` **优点**:堆空间远大于栈(通常GB级),无大小限制[^2]。 ##### 方法2:扩大栈空间(不推荐) 1. 项目属性 → 链接器 → 系统 → 堆栈保留大小 2. 输入新值(如 2MB = 2097152) ![](https://docs.microsoft.com/zh-cn/cpp/build/media/vs2019-linker-system-properties.png?view=msvc-170) **风险**:治标不治本,多线程环境下每个线程都会占用指定栈空间[^3]。 ##### 方法3:优化数据结构 ```cpp // 方案1:一维数组模拟二维 char* flatArray = new char[rows * cols]; flatArray[row * cols + col] = value; // 访问元素 // 方案2:使用标准库容器 std::array<std::array<char, 1200>, 1200> safeArray; // 需C++11 ``` #### 调试验证步骤 1. **计算数组大小** ```cpp constexpr size_t totalSize = sizeof(char) * ROWS * COLS; static_assert(totalSize < 1024 * 1024, "Stack overflow risk!"); ``` 2. **检查崩溃点** 在调试器中查看 `eax` 寄存器值: - 若 `eax = 0xCCCCCCCC` → 未初始化指针 - 若 `eax < 0x100000` → 栈地址异常 #### 最佳实践建议 1. **>100KB 的数据必须用堆分配** 2. 使用 `std::vector` 或智能指针自动管理内存 3. 多线程场景用 `thread_local` 替代大局部变量: ```cpp thread_local std::vector<char> perThreadData(1024 * 1024); ``` > **关键结论**:此异常本质是**栈空间耗尽**而非代码逻辑错误,通过改用堆分配可彻底解决[^1][^4]。
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