面试题：C++ 的栈溢出是什么？ - 程序百科-程序百科

栈溢出（Stack Overflow） 是程序运行时的一种错误，发生在调用栈（Call Stack）的内存空间被耗尽时。栈是用于存储函数调用信息（如局部变量、返回地址等）的内存区域，其大小是有限的。当程序使用的栈空间超过了其分配的大小，就会发生栈溢出。

1. 栈的工作原理

栈是一种后进先出（LIFO, Last In First Out）的数据结构。
在程序运行时，栈用于存储：
- 函数的返回地址。
- 函数的局部变量。
- 函数的参数。
每次函数调用时，都会在栈上分配一块内存（称为栈帧，Stack Frame）。
函数返回时，其栈帧会被释放。

2. 栈溢出的原因

栈溢出通常由以下原因引起：

（1）递归调用过深

如果递归函数没有正确的终止条件，或者递归深度过大，会导致栈空间被耗尽。
每次递归调用都会在栈上分配一个新的栈帧，如果递归层数过多，栈空间会被迅速耗尽。

示例：

void infiniteRecursion() {
    infiniteRecursion(); // 无限递归
}

int main() {
    infiniteRecursion();
    return 0;
}

运行结果：

栈溢出，程序崩溃

（2）局部变量过大

如果函数中定义了过大的局部变量（如大数组），可能会耗尽栈空间。
栈的大小通常较小（默认几MB），不适合存储大量数据。

示例：

void useLargeStack() {
    int largeArray[1000000]; // 大数组，可能导致栈溢出
}

int main() {
    useLargeStack();
    return 0;
}

运行结果：

栈溢出，程序崩溃

（3）过多的函数调用

如果函数调用链过长（如多层嵌套调用），可能会导致栈空间耗尽。

3. 栈溢出的后果

程序崩溃：栈溢出通常会导致程序崩溃，操作系统会终止程序并抛出错误（如段错误）。
安全漏洞：栈溢出可能被恶意利用，导致缓冲区溢出攻击（Buffer Overflow Attack）。

4. 如何避免栈溢出

（1）优化递归

确保递归函数有正确的终止条件。
将递归改为迭代（使用循环），减少栈空间的使用。

示例：

// 递归实现
int factorial(int n) {
    if (n == 0) return 1;
    return n * factorial(n - 1);
}

// 迭代实现
int factorialIterative(int n) {
    int result = 1;
    for (int i = 1; i <= n; ++i) {
        result *= i;
    }
    return result;
}

（2）减少局部变量的大小

避免在栈上分配过大的局部变量（如大数组）。
将大变量分配到堆上（使用 new 或 malloc）。

示例：

void useHeap() {
    int* largeArray = new int[1000000]; // 在堆上分配内存
    // 使用 largeArray
    delete[] largeArray; // 释放内存
}

（3）增加栈大小

在某些情况下，可以通过编译器选项或操作系统设置增加栈的大小。
示例（Linux）：

  ulimit -s 8192 # 设置栈大小为 8MB

（4）使用动态数据结构

对于需要存储大量数据的场景，使用动态数据结构（如 std::vector、std::list）代替静态数组。

示例：

#include <vector>

void useVector() {
    std::vector<int> largeArray(1000000); // 使用动态数组
}

5. 检测栈溢出

使用调试工具（如 GDB、Valgrind）检测栈溢出。
在代码中加入栈空间检查逻辑。

示例：

#include <iostream>
#include <stdexcept>

void checkStack() {
    char dummy;
    std::cout << "Stack address: " << (void*)&dummy << std::endl;
}

void recursiveFunction(int depth) {
    char dummy;
    if (depth > 1000) {
        throw std::runtime_error("Stack overflow detected");
    }
    recursiveFunction(depth + 1);
}

int main() {
    try {
        recursiveFunction(0);
    } catch (const std::exception& e) {
        std::cerr << e.what() << std::endl;
    }
    return 0;
}