Stack overflow это ошибка

Это означает, что в стеке недостаточно места.

Причины — например, слишком глубокая рекурсия (редко), или слишком большие локальные переменные (куда чаще), или и то и другое сразу

Как избавиться? Опять же, можно просто в настройках компилятора поднять размер стека.

Но надежнее и лучше — посмотреть, нет ли слишком глубокой (вплоть до бесконечности) рекурсии, заменить локальные массивы на выделяемые динамически.

int f()
{
    int a[1000000];

практически гарантированно даст переполнение стека. В отличие от

int f()
{ 
    int * a = new int[1000000];  // Только не забудьте потом удалить...

или

    vector<int> a(1000000);

Словом, смотрите, кто съедает много стековой памяти, и избавляйтесь от него…

В мире программистов ошибка «stack overflow» очень известна благодаря тому, что этот вид ошибки довольно распространен. А сам термин «stack overflow» известен еще больше, чем ошибка, благодаря одноименному англоязычному ресурсу «StackOverflow». Это сообщество программистов международного масштаба, и еще куча всего интересного. Поэтому не нужно путать ошибку «stack overflow» и веб-ресурс с таким же названием. В нашей статье речь пойдет об ошибке.

Ошибка «stack overflow» связана с переполнением стека. Она появляется в том случае, когда в стеке должно сохраниться больше информации, чем он может уместить. Объем памяти стека задает программист при запуске программы. Если в процессе выполнения программы стек переполняется, тогда возникает ошибка «stack overflow» и программа аварийно завершает работу. Причин возникновения подобной ошибки может быть несколько.

Ошибка «stack overflow»

Нужно отметить, что ошибка «stack overflow» не связана с конкретным языком программирования, то есть она может возникнуть в программах на Java, C++, C, C# и других компилируемых языках.

Причин ее возникновения может быть несколько. К самым распространенным причинам относятся:

• бесконечная рекурсия;

• глубокая рекурсия;

• проблемы с переменными в стеке.

Бесконечная рекурсия и ошибка «stack overflow» 

Бесконечная рекурсия редко возникает самостоятельно и по неизвестным причинам. Обычно программист:

• забывает прописывать условие для выхода из рекурсии;

• пишет неосознанную косвенную рекурсию.

Самая частая причина из категории «бесконечной рекурсии» — программист забывает прописывать условия выхода или же прописывает, но условия выхода не срабатывают.

Вот как это выглядит на С:

int factorial (int number)

{

  if (number == 0)

    return 1;

  return number * factorial(number — 1);

}

В описанном примере прописаны условия выхода из рекурсии, однако они никогда не сработают, если «number» будет отрицательным. Поэтому через несколько миллионов вызовов стек будет переполнен и возникнет ошибка «stack overflow». В некоторых языках программирования предусмотрена «защита» от таких рекурсий. В них рекурсия из конца функции конвертируется в цикл, что не будет расходовать стековую память. Но подобная «оптимизация» вызовет другую, менее опасную проблему — «зацикливание».

Неосознанная бесконечная рекурсия возникает в том случае, если программист по невнимательности распределяет один и тот же функционал программы между разными нагруженными функциями, а потом делает так, что они друг друга вызывают.

В коде это выглядит так:

 int Object::getNumber(int index, bool& isChangeable)

{

  isChangeable = true;

  return getNumber(index);

}

int Object::getNumber(int index)

{

  bool noValue;

  return getNumber(index, noValue);

}

Глубокая рекурсия и ошибка «stack overflow»

Глубокая рекурсия — это такая рекурсия, которая имеет свое окончание через определенное время, поэтому она не бесконечная. Однако памяти стека не хватит для завершения такой рекурсии, поэтому ошибка «stack overflow» обеспечена. Обычно такая ситуация заранее просчитывается программистом,поэтому ее можно решить. Например, можно:

• отыскать другой программный алгоритм для решения поставленной задачи, чтобы избежать применения рекурсии;

• «вынести» рекурсию за пределы аппаратного стека в динамический;

• и другое.

Глубокая рекурсия выглядит так:

void eliminateList(struct Item* that)

{

    if (that == NULL)

        return;

    eliminateList(that->next);

    free(that);

}

Проблемы с переменными в стеке и ошибка «stack overflow»

Если взглянуть на популярность возникновения «stack overflow error», то причина с проблемными переменными в стеке стоит на первом месте. Кроется она в том, что программист изначально выделяет слишком много памяти локальной переменной.

Например:

int function() {

     double b[1000000]

}

В данном случае может возникнуть такая ситуация, что массиву потребуется объем памяти, который стек не способен будет обеспечить, а значит, возникнет ошибка «stack overflow». 

Заключение

Ошибка «stack overflow» возникает довольно часто. Каждый конкретный случай ее возникновения требует собственного решения. Одна причина объединяет возникновение такой ошибки — невнимательность программиста. Если «stack overflow error» возникла, значит, программист где-то что-то упустил или не доглядел.

Stack overflow is an error in programming that a user-mode thread encounters when attempting to write more data but the memory block is running out of space to hold it.

There are two types of overflow errors: the first one can immediately cause the program to crash. The second remains undetected allowing the program to run after the error, which is harder to trace and more challenging to debug.

What are the symptoms of a stack overflow? 

A stack overflow might appear as a segmentation fault, leaving without a clue where it occurs and how it happened. This is often the case in C++. The signs of an overflow usually depend on the language or the mechanism for error reporting. In Java, however, the virtual machine could crash, as it handles memory inside it, leaving an error file that might further baffle users. The root cause of the overflow is harder to find.  

Once an overflow is detected, you can correct it right away by identifying the source and by debugging the error. Programming languages that allow explicit memory management can prevent these overflows by adjusting the program’s memory allocation to keep the usage to a minimum. Computer languages with implicit memory management encounter difficulty in safeguarding against stack overflow, causing the machine to crash, potentially halting the entire program.

What causes overflow errors in a program?

There are three possible causes of a stack overflow: 

1. Infinite recursion that causes the thread to use the entire reserved memory stack.
2. A maxed-out page file is unable to add more pages, which results in the thread failing to extend the stack.
3. The system is within the time or in the process of extending the page file when the thread attempts to extend the stack.

There should be ample stack space allocated to local variables when a function runs on a thread. Reduced space risks the stack overflowing.

How is stack overflow different from heap overflow?

There’s an area of the memory where local variables used in the function are stored. It is called a stack, which has a Last In-First Out data structure. New local variables are pushed to the stack, and the variables associated with the function get deleted after running to free up memory space. When the stack runs out of space due to a program using more memory space than the stack size, an error or an overflow occurs.

Heap overflow happens when a leak occurs with the memory that stores dynamic variables. Memory on heap is manually allocated and resized using malloc(), calloc(), and realloc() functions. A failure to free up memory space after use results in a memory error.

How to fix a stack overflow?

Microsoft documentation identifies the steps to take in correcting a stack overflow:

1. Establish the event that causes the error by investigating the target process’ stack usage.
2. Identify the thread in the stack that causes the overflow.
3. Calculate the stack size and start debugging. 

From Wikipedia, the free encyclopedia

In software, a stack overflow occurs if the call stack pointer exceeds the stack bound. The call stack may consist of a limited amount of address space, often determined at the start of the program. The size of the call stack depends on many factors, including the programming language, machine architecture, multi-threading, and amount of available memory. When a program attempts to use more space than is available on the call stack (that is, when it attempts to access memory beyond the call stack’s bounds, which is essentially a buffer overflow), the stack is said to overflow, typically resulting in a program crash.^[1]

Causes[edit]

Infinite recursion[edit]

The most-common cause of stack overflow is excessively deep or infinite recursion, in which a function calls itself so many times that the space needed to store the variables and information associated with each call is more than can fit on the stack.^[2]

An example of infinite recursion in C.

int foo() 
{
     return foo();
}

The function foo, when it is invoked, continues to invoke itself, allocating additional space on the stack each time, until the stack overflows resulting in a segmentation fault.^[2] However, some compilers implement tail-call optimization, allowing infinite recursion of a specific sort—tail recursion—to occur without stack overflow. This works because tail-recursion calls do not take up additional stack space.^[3]

Some C compiler options will effectively enable tail-call optimization; for example, compiling the above simple program using gcc with -O1 will result in a segmentation fault, but not when using -O2 or -O3, since these optimization levels imply the -foptimize-sibling-calls compiler option.^[4] Other languages, such as Scheme, require all implementations to include tail-recursion as part of the language standard.^[5]

Very deep recursion[edit]

A recursive function that terminates in theory but causes a call stack buffer overflow in practice can be fixed by transforming the recursion into a loop and storing the function arguments in an explicit stack (rather than the implicit use of the call stack). This is always possible because the class of primitive recursive functions is equivalent to the class of LOOP computable functions. Consider this example in C++-like pseudocode:

void function (argument) 
{
  if (condition)
    function (argument.next);

}

stack.push(argument);
while (!stack.empty())
{
  argument = stack.pop();
  if (condition)
    stack.push(argument.next);
}

A primitive recursive function like the one on the left side can always be transformed into a loop like on the right side.

A function like the example above on the left would not be a problem in an environment supporting tail-call optimization; however, it is still possible to create a recursive function that may result in a stack overflow in these languages. Consider the example below of two simple integer exponentiation functions.

int pow(int base, int exp) {
    if (exp > 0)
        return base * pow(base, exp - 1);
    else
        return 1;
}

int pow(int base, int exp) {
    return pow_accum(base, exp, 1);
}

int pow_accum(int base, int exp, int accum) {
    if (exp > 0)
        return pow_accum(base, exp - 1, accum * base);
    else
        return accum;
}

Both pow(base, exp) functions above compute an equivalent result, however, the one on the left is prone to causing a stack overflow because tail-call optimization is not possible for this function. During execution, the stack for these functions will look like this:

pow(5, 4)
5 * pow(5, 3)
5 * (5 * pow(5, 2))
5 * (5 * (5 * pow(5, 1)))
5 * (5 * (5 * (5 * pow(5, 0))))
5 * (5 * (5 * (5 * 1)))
625

pow(5, 4)
pow_accum(5, 4, 1)
pow_accum(5, 3, 5)
pow_accum(5, 2, 25)
pow_accum(5, 1, 125)
pow_accum(5, 0, 625)
625

Notice that the function on the left must store in its stack exp number of integers, which will be multiplied when the recursion terminates and the function returns 1. In contrast, the function at the right must only store 3 integers at any time, and computes an intermediary result which is passed to its following invocation. As no other information outside of the current function invocation must be stored, a tail-recursion optimizer can «drop» the prior stack frames, eliminating the possibility of a stack overflow.

Very large stack variables[edit]

The other major cause of a stack overflow results from an attempt to allocate more memory on the stack than will fit, for example by creating local array variables that are too large. For this reason some authors recommend that arrays larger than a few kilobytes should be allocated dynamically instead of as a local variable.^[6]

An example of a very large stack variable in C:

int foo() 
{
     double x[1048576];
}

On a C implementation with 8 byte double-precision floats, the declared array consumes 8 megabytes of data; if this is more memory than is available on the stack (as set by thread creation parameters or operating system limits), a stack overflow will occur.

Stack overflows are made worse by anything that reduces the effective stack size of a given program. For example, the same program being run without multiple threads might work fine, but as soon as multi-threading is enabled the program will crash. This is because most programs with threads have less stack space per thread than a program with no threading support. Because kernels are generally multi-threaded, people new to kernel development are usually discouraged from using recursive algorithms or large stack buffers.^[7]

See also[edit]

• Buffer overflow
• Call stack
• Heap overflow
• Stack buffer overflow
• Double fault

References[edit]

External links[edit]

• The reasons why 64-bit programs require more stack memory Archived 2017 November 4 at the Wayback Machine