[英]how many recursive function calls causes stack overflow?
我正在研究一个用 c 编写的模拟问题,我的程序的主要部分是一个递归函数。 当递归深度达到大约 500000 时,似乎发生堆栈溢出。
Q1 : 我想知道这正常吗?
Q2 :一般有多少递归函数调用会导致堆栈溢出?
Q3 : 在下面的代码中,去除局部变量neighbor
可以防止堆栈溢出吗?
我的代码:
/*
* recursive function to form Wolff Cluster(= WC)
*/
void grow_Wolff_cluster(lattic* l, Wolff* wolff, site *seed){
/*a neighbor of site seed*/
site* neighbor;
/*go through all neighbors of seed*/
for (int i = 0 ; i < neighbors ; ++i) {
neighbor = seed->neighbors[i];
/*add to WC according to the Wolff Algorithm*/
if(neighbor->spin == seed->spin && neighbor->WC == -1 && ((double)rand() / RAND_MAX) < add_probability)
{
wolff->Wolff_cluster[wolff->WC_pos] = neighbor;
wolff->WC_pos++; // the number of sites that is added to WC
neighbor->WC = 1; // for avoiding of multiple addition of site
neighbor->X = 0;
///controller_site_added_to_WC();
/*continue growing Wolff cluster(recursion)*/
grow_Wolff_cluster(l, wolff, neighbor);
}
}
}
我想知道这正常吗?
是的。 只有这么多的堆栈大小。
在下面的代码中,删除局部变量邻居可以防止堆栈溢出吗?
不。即使没有变量和返回值,函数调用本身也必须存储在堆栈中,以便最终可以展开堆栈。
例如...
void recurse() {
recurse();
}
int main (void)
{
recurse();
}
这仍然会溢出堆栈。
$ ./test
ASAN:DEADLYSIGNAL
=================================================================
==94371==ERROR: AddressSanitizer: stack-overflow on address 0x7ffee7f80ff8 (pc 0x00010747ff14 bp 0x7ffee7f81000 sp 0x7ffee7f81000 T0)
#0 0x10747ff13 in recurse (/Users/schwern/tmp/./test+0x100000f13)
SUMMARY: AddressSanitizer: stack-overflow (/Users/schwern/tmp/./test+0x100000f13) in recurse
==94371==ABORTING
Abort trap: 6
一般来说,有多少递归函数调用会导致堆栈溢出?
这取决于您的环境和函数调用。 在 OS X 10.13 上,我默认限制为 8192K。
$ ulimit -s
8192
这个带有clang -g
简单示例可以递归 261976 次。 使用-O3
我不能让它溢出,我怀疑编译器优化已经消除了我的简单递归。
#include <stdio.h>
void recurse() {
puts("Recurse");
recurse();
}
int main (void)
{
recurse();
}
添加一个整数参数,它是 261933 次。
#include <stdio.h>
void recurse(int cnt) {
printf("Recurse %d\n", cnt);
recurse(++cnt);
}
int main (void)
{
recurse(1);
}
添加一个双参数,现在是 174622 次。
#include <stdio.h>
void recurse(int cnt, double foo) {
printf("Recurse %d %f\n", cnt, foo);
recurse(++cnt, foo);
}
int main (void)
{
recurse(1, 2.3);
}
添加一些堆栈变量,它是 104773 次。
#include <stdio.h>
void recurse(int cnt, double foo) {
double this = 42.0;
double that = 41.0;
double other = 40.0;
double thing = 39.0;
printf("Recurse %d %f %f %f %f %f\n", cnt, foo, this, that, other, thing);
recurse(++cnt, foo);
}
int main (void)
{
recurse(1, 2.3);
}
等等。 但是我可以在这个 shell 中增加我的堆栈大小并获得两倍的调用。
$ ./test 2> /dev/null | wc -l
174622
$ ulimit -s 16384
$ ./test 2> /dev/null | wc -l
349385
对于 65,532K 或 64M 的堆栈,我有一个严格的上限。
$ ulimit -Hs
65532
是与否 - 如果您在代码中遇到堆栈溢出,这可能意味着一些事情
您的算法没有以尊重您获得的堆栈上的内存量的方式实现。 您可以调整此数量以满足算法的需要。
如果是这种情况,更常见的是更改算法以更有效地利用堆栈,而不是添加更多内存。 例如,将递归函数转换为迭代函数可以节省大量宝贵的内存。
这是一个试图吃掉你所有内存的错误。 您忘记了递归中的基本情况或错误地调用了相同的函数。 我们都至少做过2次。
不一定有多少调用会导致溢出 - 它取决于每个单独调用在堆栈帧上占用多少内存。 每个函数调用都用完堆栈内存,直到调用返回。 堆栈内存是静态分配的——你不能在运行时改变它(在一个理智的世界里)。 这是幕后的后进先出 (LIFO) 数据结构。
它并没有阻止它,它只是改变了溢出堆栈内存所需的对grow_Wolff_cluster
调用grow_Wolff_cluster
。 在 32 位系统上,从函数中删除neighbor
的调用成本grow_Wolff_cluster
4 个字节。 当您将其乘以数十万时,它会迅速加起来。
堆栈溢出不是由 C 标准定义的,而是由实现定义的。 C 标准定义了一种具有无限堆栈空间(以及其他资源)的语言,但确实有一部分是关于如何允许实现施加限制的。
通常,实际上首先创建错误的是操作系统。 操作系统不关心您进行了多少次调用,而是关心堆栈的总大小。 堆栈由堆栈帧组成,每个函数调用一个。 通常,堆栈帧由以下五项的某种组合组成(作为近似值;系统之间的细节可能会有很大差异):
for
循环中++i
指令的地址)。因为其中一些(特别是 1.、4. 和 5.)的大小可能有很大差异,所以很难估计平均堆栈帧有多大,尽管在这种情况下由于递归会更容易。 不同的系统也有不同的堆栈大小; 目前看起来默认情况下我可以有 8 MiB 用于堆栈,但嵌入式系统可能会少很多。
这也解释了为什么删除局部变量会为您提供更多可用的函数调用; 您减少了 500,000 个堆栈帧中的每一个的大小。
如果您想增加可用的堆栈空间量,请查看setrlimit(2)
函数(在 Linux 上类似于 OP;在其他系统上可能会有所不同)。 不过,首先,您可能想尝试调试和重构以确保您需要所有堆栈空间。
每次函数重复出现时,您的程序都会在堆栈上占用更多内存,每个函数占用的内存取决于函数和其中的变量。 一个函数可以完成的递归次数完全取决于您的系统。
没有一般的递归次数会导致堆栈溢出。
删除变量“邻居”将允许函数进一步递归,因为每次递归占用的内存更少,但最终仍会导致堆栈溢出。
这是一个简单的 c# 函数,它将显示您的计算机在堆栈溢出之前可以进行多少次迭代(作为参考,我已运行到 10478):
private void button3_Click(object sender, EventArgs e)
{
Int32 lngMax = 0;
StackIt(ref lngMax);
}
private void StackIt(ref Int32 plngMax, Int32 plngStack = 0)
{
if (plngStack > plngMax)
{
plngMax = plngStack;
Console.WriteLine(plngMax.ToString());
}
plngStack++;
StackIt(ref plngMax, plngStack);
}
在这个简单的例子中,条件检查:“if (plngStack > plngMax)”可以被删除,但是如果你有一个真正的递归函数,这个检查将帮助你定位问题。
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