面试题：C++ 实现自定义堆栈溢出性能监控工具

Question

假设你需要在一个大型C++项目中实现一个自定义的堆栈溢出性能监控工具，该工具要能实时捕获堆栈溢出的迹象，并记录相关的调用栈信息。请阐述你的设计思路，包括使用哪些数据结构、关键的函数或方法以及如何与现有项目代码集成。

Answer 1

设计思路

1. 实时捕获堆栈溢出迹象：利用操作系统提供的机制，如设置线程的栈大小限制，当接近栈顶时触发信号（如在Linux下可以利用sigsegv信号），通过信号处理函数来捕获可能的堆栈溢出情况。
2. 记录调用栈信息：在捕获到可能的堆栈溢出时，获取当前的调用栈。这可以通过平台相关的函数实现，例如在GNU C库中可以使用backtrace和backtrace_symbols函数来获取调用栈信息。

使用的数据结构

1. 数组：用于存储backtrace获取到的调用栈地址信息。
2. 字符串数组：用于存储backtrace_symbols转换后的符号化调用栈信息，便于查看和分析。

关键的函数或方法

1. 信号处理函数：例如在Linux下定义一个处理sigsegv信号的函数，在函数中调用backtrace和backtrace_symbols来获取和格式化调用栈信息。

#include <iostream>
#include <execinfo.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>

void handle_stack_overflow(int signum) {
    void *array[10];
    size_t size;

    // 获取调用栈信息
    size = backtrace(array, 10);

    // 转换为符号化信息
    char **strings = backtrace_symbols(array, size);

    std::cout << "Stack overflow detected. Call stack:" << std::endl;
    for (size_t i = 0; i < size; i++) {
        std::cout << strings[i] << std::endl;
    }

    free(strings);
    exit(1);
}

2. 信号注册函数：在程序初始化阶段，使用signal函数注册信号处理函数，例如：

int main() {
    signal(SIGSEGV, handle_stack_overflow);
    // 项目原有代码
    //...
    return 0;
}

与现有项目代码集成

1. 初始化阶段：在项目的入口函数（如main函数）开始处调用信号注册函数，确保在程序启动时就设置好堆栈溢出监控。
2. 异常处理：考虑到信号处理函数中执行复杂操作可能带来的问题，信号处理函数可以简单记录调用栈信息到日志文件，然后触发一个更安全的线程来进一步处理和分析这些信息。
3. 跨平台兼容：由于不同操作系统对堆栈溢出处理和获取调用栈的方式有所不同，需要针对不同平台编写相应的代码。例如在Windows下可以使用SetUnhandledExceptionFilter函数来捕获异常，并通过StackWalk64等函数获取调用栈信息。可以使用条件编译（#ifdef）来区分不同平台的代码。