c++ - 使用 GCC 的函数检测，为什么使用 C++ STL 容器或流 I/O 会导致段错误？

Question

我最近了解到使用 GCC 的代码生成功能(特别是 -finstrument-functions 编译器标志)可以轻松地向我的程序添加检测。我认为它听起来很酷，并在以前的 C++ 项目中尝试过。在对我的补丁进行了几次修改之后，我发现每当我尝试使用 STL 容器或使用 C++ 流 I/O 打印到标准输出时，我的程序都会立即因段错误而崩溃。我的第一个想法是维护一个 std::list 的 Event 结构

typedef struct  
{
    unsigned char event_code;
    intptr_t func_addr;
    intptr_t caller_addr;
    pthread_t thread_id;
    timespec ts;
}Event;

list<Event> events;

程序终止时将写入文件。 GDB 告诉我，当我尝试向列表中添加一个 Event 时，调用 events.push_back(ev) 本身会启动一个检测调用。在我考虑了一下之后，这并不令人惊讶并且有道理，所以继续计划 2。

blog 中的示例这让我卷入了所有这些困惑并没有做任何疯狂的事情，它只是使用 fprintf() 将一个字符串写入文件。我不认为使用 C++ 的基于流的 I/O 代替旧的 (f)printf() 会有任何危害，但事实证明这个假设是错误的。这一次，GDB 没有报告几乎无限的死亡螺旋，而是向标准库报告了一个看起来相当正常的下降...然后是段错误。

一个简短的例子

#include <list>
#include <iostream>
#include <stdio.h>

using namespace std;

extern "C" __attribute__ ((no_instrument_function)) void __cyg_profile_func_enter(void*, void*);

list<string> text;

extern "C" void __cyg_profile_func_enter(void* /* unused */, void* /* unused */)
{
    // Method 1
    text.push_back("NOPE");

    // Method 2
    cout << "This explodes" << endl;

    // Method 3
    printf("This works!");
}

示例 GDB 回溯

方法一

#0  _int_malloc (av=0x7ffff7380720, bytes=29) at malloc.c:3570
#1  0x00007ffff704ca45 in __GI___libc_malloc (bytes=29) at malloc.c:2924
#2  0x00007ffff7652ded in operator new(unsigned long) ()
   from /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6
#3  0x00007ffff763ba89 in std::string::_Rep::_S_create(unsigned long, unsigned long, std::allocator<char> const&) () from /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6
#4  0x00007ffff763d495 in char* std::string::_S_construct<char const*>(char const*, char const*, std::allocator<char> const&, std::forward_iterator_tag) () from /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6
#5  0x00007ffff763d5e3 in std::basic_string<char, std::char_traits<char>,  std::allocator<char> >::basic_string(char const*, std::allocator<char> const&) () from  /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6
#6  0x00000000004028c1 in __cyg_profile_func_enter () at src/instrumentation.cpp:82
#7  0x0000000000402c6f in std::move<std::string&> (__t=...) at     /usr/include/c++/4.6/bits/move.h:82
#8  0x0000000000402af5 in std::list<std::string, std::allocator<std::string>   >::push_back(std::string&&) (this=0x6055c0, __x=...) at   /usr/include/c++/4.6/bits/stl_list.h:993
#9  0x00000000004028d2 in __cyg_profile_func_enter () at src/instrumentation.cpp:82
#10 0x0000000000402c6f in std::move<std::string&> (__t=...) at /usr/include/c++/4.6/bits/move.h:82
#11 0x0000000000402af5 in std::list<std::string, std::allocator<std::string> >::push_back(std::string&&) (this=0x6055c0, __x=...) at /usr/include/c++/4.6/bits/stl_list.h:993
#12 0x00000000004028d2 in __cyg_profile_func_enter () at src/instrumentation.cpp:82
#13 0x0000000000402c6f in std::move<std::string&> (__t=...) at /usr/include/c++/4.6/bits/move.h:82
#14 0x0000000000402af5 in std::list<std::string, std::allocator<std::string> >::push_back(std::string&
...

方法二

#0  0x00007ffff76307d1 in std::ostream::sentry::sentry(std::ostream&) ()
    from /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6
#1  0x00007ffff7630ee9 in std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >&  std::__ostream_insert<char, std::char_traits<char> >(std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >&, char const*, long) ()
   from /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6
#2  0x00007ffff76312ef in std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >& std::operator<< <std::char_traits<char> >(std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >&, char const*) ()
   from /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6
#3  0x000000000040251e in __cyg_profile_func_enter () at src/instrumentation.cpp:81
#4  0x000000000040216d in _GLOBAL__sub_I__ZN8GLWindow7attribsE () at src/glwindow.cpp:164
#5  0x0000000000402f2d in __libc_csu_init ()
#6  0x00007ffff6feb700 in __libc_start_main (main=0x402cac <main()>, argc=1, ubp_av=0x7fffffffe268, 
init=0x402ed0 <__libc_csu_init>, fini=<optimized out>, rtld_fini=<optimized out>, 
stack_end=0x7fffffffe258) at libc-start.c:185
#7  0x0000000000401589 in _start ()

环境:

• Ubuntu Linux 12.04 (x64)
• 海湾合作委员会 4.6.3
• 英特尔 3750K CPU
• 8GB 内存

Answer 1

在检测函数中使用 cout 的问题在于，检测函数由 __libc_csu_init() 调用，这是运行时初始化的早期部分 - 之前全局 C++ 对象有机会被构造(事实上，我认为 __libc_csu_init() 负责启动这些构造函数 - 至少是间接地)。

所以 cout 还没有机会被构造出来，尝试使用它并不是很好......

这很可能是您在修复无限递归 (mentioned in Dave S' answer) 后尝试使用 std::List 时遇到的问题。

如果您愿意在初始化期间丢失一些检测，您可以这样做:

#include <iostream>
#include <stdio.h>

int initialization_complete = 0;

using namespace std;

extern "C" __attribute__ ((no_instrument_function)) void __cyg_profile_func_enter(void*, void*);

extern "C" void __cyg_profile_func_enter(void* /* unused */, void* /* unused */)
{
    if (!initialization_complete) return;

    // Method 2
    cout << "This explodes" << endl;

    // Method 3
    printf("This works! ");
}

void foo()
{
    cout << "foo()" << endl;
}

int main()
{
    initialization_complete = 1;
    foo();
}