一、栈帧

当程序进行函数调用时，系统需要保存该函数调用过程中的上下文信息，例如：函数是从哪里被调用的、传入了哪些参数、局部变量有哪些、函数返回后应该回到哪里继续执行，以及部分寄存器状态等。这些与一次函数调用相关的上下文信息，就可以理解为一个栈帧。

从调试角度看，一个栈帧对应一次尚未结束的函数调用。程序运行时，如果函数 A 调用了函数 B，那么在调用 B 的过程中，会产生 B 对应的栈帧；当 B 执行结束并返回后，B 的栈帧也会随之销毁，程序继续回到 A 中执行。

二、栈帧查看与切换

1、查看调用栈

在使用GDB调试时，可以使用以下命令对调用栈进行查看

backtrace

或者简写为：

bt

bt 命令用于查看当前线程的调用栈信息。

也可以指定只显示前几个栈帧：

bt 3

表示只显示最靠近当前执行位置的第3个栈帧。

如果想在查看调用栈时，同时显示每个栈帧中的局部变量，可以使用：

bt full

bt full 比普通的 bt 输出更详细，适合排查程序崩溃时每一层函数中的变量值。

2、切换栈帧

使用如下命令可以对栈帧进行切换

frame n

或者简写为：

f n

其中 n 表示栈帧编号。

在 bt 输出中，每个栈帧前面都会有编号，例如：

#0  add(int, int) at main.cpp:6
#1  calc(int) at main.cpp:13
#2  work(int) at main.cpp:19
#3  main() at main.cpp:25

其中：

如果想切换到 work 函数对应的栈帧，可以执行：

f 2

切换栈帧后，GDB 的上下文也会切换到对应函数中。此时查看局部变量、函数参数、源码位置，都是针对当前选中的栈帧而言。

3、查看当前栈帧信息

查看当前栈帧的详细信息：

info frame

或者简写为：

i f

该命令可以查看当前栈帧的地址、调用关系、保存的寄存器信息等。

如果想查看某个栈帧的信息，常见做法是先切换到对应栈帧：

f 2
i f

也可以在支持的 GDB 版本中直接使用：

i f 2

小技巧：bt命令还能查看当前程序执行到哪里了，查看最顶层的栈帧，后面就是他当前执行所在行

4、查看当前栈帧的参数与局部变量

查看当前栈帧中的函数参数：

info args

查看当前栈帧中的局部变量：

info locals

例如，当前选中的是 calc 函数的栈帧，那么：

info args
info locals

看到的就是calc函数中的参数和局部变量，而不是add或main中的变量。

这也是切换栈帧的重要作用：可以回到某一层函数调用现场，查看当时传入了什么参数、局部变量是什么值，从而分析程序为什么会执行到当前位置。

三、完整示例

下面通过一个包含 4 层函数调用的程序来理解调用栈。

#include <iostream>

int add(int a, int b)
{
    int sum = a + b;
    return sum;
}

int calc(int x)
{
    int y = x * 2;
    return add(y, 10);
}

int work(int n)
{
    int value = n + 1;
    return calc(value);
}

int main()
{
    int data = 3;
    int ret = work(data);

    std::cout << "ret = " << ret << std::endl;
    return 0;
}

这个程序的调用关系是：

main -> work -> calc -> add

也就是 4 层函数调用。

将程序编译完成后，通过gdb启动，在add函数处设置断点，并通过bt命令查看当前的函数栈调用。如下图所示

这个输出表示：

在当前的栈帧通过i locals、i args等命令查看当前的上下文环境，然后再通过f 1切换到1号栈帧中，查看1号栈帧的上下文信息。结果如上图所示。

可以通过i f查看当前栈帧的具体信息

可以看见当前在1号栈帧中，还有其对应的起始地址，以及一些参数等信息