摘要： 本文主要对C/C++的堆栈使用进行介绍。

关键字：堆栈、堆栈的预估

1. C/C++中的堆栈

在C和C++都会使用到堆栈。

例如：

函数的返回地址。

Arm 架构的过程调用标准(AAPCS) 或Arm 64 位架构的过程调用标准(AAPCS64) 必要的寄存器。例如，当进入子程序时寄存器内容需要被保存。

局部变量，包括局部数组、结构体和联合体。

C++ 中的类。

一些堆栈的使用并不明显，例如：

如果局部整数或浮点变量被溢出（即未分配给寄存器），则为它们分配堆栈内存。

结构体通常分配给堆栈。在堆栈上保留相当于填充多个字节的空间，其中用于AArch64 状态或AArch32 状态。但是，编译器可能会尝试将结构体分配给寄存器。 sizeof(struct)nn168

如果在编译时知道数组的大小，则编译器会在堆栈上分配内存。同样，在堆栈上保留了相当于填充 {n} 个字节的倍数的空间，其中用于AArch64 状态或AArch32 状态。 sizeof(array)n168

2. 估计堆栈的使用

堆栈的使用量很难估计，因为它取决于代码的编写，并且在运行时可能会有所不同，具体取决于程序执行时所采用的代码路径。但是，可以使用以下方法手动估计堆栈利用率：

编译-g并链接--callgraph以生成静态调用图。此调用图显示所有函数的信息，包括堆栈使用情况。

链接或列出所有全局符号的堆栈使用情况。--info=stack--info=summarystack

使用调试器在堆栈中的最后一个可用位置设置观察点，并查看观察点是否被命中。使用选项编译-g以生成必要的 DWARF 信息。

注： Debugging With Attributed Record Formats（DWARF）使用带属性的记录格式进行调试。

利用调试器：

1）为比您预期需要的大得多的堆栈分配内存空间。

2）用已知值的副本填充堆栈空间，例如0xDEADDEAD.

3）运行您的应用程序，并在测试中使用尽可能多的堆栈空间。例如，尝试执行最深嵌套的函数调用和静态分析发现的最坏情况路径。尝试在适当的地方生成中断，以便将它们包含在堆栈跟踪中。

4）应用程序完成执行后，检查内存的堆栈空间以查看有多少已知值已被覆盖。该空间在已使用的部分中有数据，在剩余部分中是已知值。

5）计算有数据值的数量（以字节为单位）。sizeof(value)

使用与目标处理器或架构相对应的固定虚拟平台 (FVP)。使用映射文件，在堆栈正下方定义一个禁止访问的内存区域。如果堆栈溢出到禁止区域，则会发生数据中止，调试器可以捕获该异常。

3. 检查堆栈的使用

检查程序中函数使用堆栈的大小是一个良好的编程习惯。这样可以写出使用较小堆栈的代码。

要检查程序中的堆栈使用情况，需要使用--info=stack这个链接器选项。

__attribute__((noinline)) int fact(int n)

{

  int f = 1;

  while (n>0)

  {

    f *= n--;

  }

  return f;

}

int foo (int n)

{

  return fact(n);

}

int foo_mor (int a, int b, int c, int d)

{

 return fact(a);

}

int main (void)

{

  return foo(10) + foo_mor(10,11,12,13);

}

将代码示例复制到file.c并使用以下命令对其进行编译：

armclang --target=arm-arm-none-eabi -march=armv8-a -c -g file.c -o file.o

使用该选项进行编译会-g生成armlink估计堆栈使用所需的 DWARF 帧信息。使用以下命令在目标文件上运行armlink：--info=stack

armlink file.o --info=stack

对于示例代码，armlink显示了各种函数使用的堆栈数量。Function foo_mor比 function foo 有更多的参数，因此使用更多的堆栈。

Stack Usage for fact 0xc bytes.

Stack Usage for foo 0x8 bytes.

Stack Usage for foo_mor 0x10 bytes.

Stack Usage for main 0x8 bytes.

您还可以使用链接器选项检查堆栈使用情况--callgraph：

armlink file.o --callgraph -o FileImage.axf

这会输出一个名为的文件FileImage.htm，其中包含应用程序中各种函数的堆栈使用信息。

fact (ARM, 84 bytes, Stack size 12 bytes, file.o(.text))

[Stack]

Max Depth = 12

Call Chain = fact

[Called By]

>>   foo_mor

>>   foo

foo (ARM, 36 bytes, Stack size 8 bytes, file.o(.text))

[Stack]

Max Depth = 20

Call Chain = foo >> fact

[Calls]

>>   fact

[Called By]

>>   main

foo_mor (ARM, 76 bytes, Stack size 16 bytes, file.o(.text))

[Stack]

Max Depth = 28

Call Chain = foo_mor >> fact

[Calls]

>>   fact

[Called By]

>>   main

main (ARM, 76 bytes, Stack size 8 bytes, file.o(.text))

[Stack]

Max Depth = 36

Call Chain = main >> foo_mor >> fact

[Calls]

>>   foo_mor

>>   foo

[Called By]

>>   __rt_entry_main (via BLX)

4. 减少堆栈的使用的方法

减少堆栈使用量通常有以下几个方法：

1）编写只需要几个变量的小函数。

2）避免使用较大的局部结构体或数组

3）避免递归调用

4）函数在执行的任何特定时候都尽可能少的使用变量。

5）使用C块作用域语法并在需要的位置声明变量，这样可以在不同作用域使用相同内存。

来源：《Arm® Compiler for Embedded User Guide Version 6.18》

参考链接：DWARF 格式简介 https://gohalo.me/post/program-c-gdb-dwarf-format-introduce.html

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