尽管有足够的可用内存，但堆栈溢出答案

【问题标题】：Stack overflows although there is enough memory available尽管有足够的可用内存，但堆栈溢出
【发布时间】：2013-11-05 14:40:03
【问题描述】：

在我的课上，我们的老师希望我们用 C 语言编写一个快速排序算法，该算法将适用于 10000 int 的数组。我和我的朋友已经编写了pseudocode 上的代码。

在对随机值数组进行排序时可以正常工作，但是在对排序后的数组进行排序时，代码会崩溃。

Unhandled exception at 0x00FF2509 in ConsoleApplication1.exe: 0xC0000005: Access violation writing location 0x00330F58.

现在我搜索了一下，发现链接器为递归函数提供了 1MB 的堆栈（不过我可能弄错了）。因此，对于 4 字节整数变量（再次排序排序数组时将是 4x10k 个）和一个 10k int 引用数组，它应该占用大约 200KB 的堆栈。

所以我不知道为什么会出现这个错误。老师告诉我们，（当然）可以将该代码编写为伪代码。所以要么我在代码上做错了，要么我不知道。

谁能帮忙解释一下怎么回事？

void quicksort_last(int *A,int p,int r){

if(p<r){
    int q=partition(A,p,r);
    quicksort_last(A,p,q-1);
    quicksort_last(A,q+1,r);
}
}

int partition(int *A,int p, int r){
const int x=A[r];
int i=p-1;
int j=p;
int temp;

while(j<r){
    if(A[j]<=x){
        i++;
        temp=A[i];
        A[i]=A[j];
        A[j]=temp;
    }
    j++;
}
temp=A[i+1];
A[i+1]=A[r];
A[r]=temp;
return i+1;
}

编辑：这是调试给出的错误。调试在分区函数开始时停止大约第 4000 次递归。其余代码为here。

ConsoleApplication1.exe 中 0x00BF2509 处未处理的异常：0xC00000FD：堆栈溢出（参数：0x00000001、0x002B2FA8）。

【问题讨论】：

dl.dropboxusercontent.com/u/64847206/lab.c 不要介意 .c 扩展名
10k 大小的数组怎么样 :)
请正确缩进代码
我通常会这样做，但由于某种原因，它与我最初制作的缩进不同。如果你看上面，你可以看到原始代码。顺便说一句，我知道它不是很可读，但这些代码是在有限的时间内编写的
@umurcan，这是一个蹩脚的借口。这里的大多数人的时间也是有限的。对他们（和你自己）友好，这样他们才会对你友好。

标签： c arrays recursion quicksort stack-overflow

【解决方案1】：

如果您的异常声明访问冲突，您为什么会想到堆栈限制？您的代码中肯定存在一个错误，导致您写入不属于您的应用程序的禁止内存。你在调试器中运行过吗？它至少应该告诉您错误发生在哪个迭代中。

【讨论】：

【解决方案2】：

概要

您对算法的转录和实现似乎没问题；它对我有用，没有问题。

您需要仔细检查驱动程序代码，以确保您没有超出任何数组的界限。您很有可能会在该驱动程序代码中发现问题。

分析

对您显示的排序和分区代码进行了一些研究，我认为它没有什么大问题。我使用了以下测试用例，但在 Mac OS X 10.9 上使用 GCC 4.8.2 进行测试。它是使用-std=c11（以及其他选项严格选项）编译的，并使用添加到C99 中的两个特性——“在for 循环中声明变量”特性和“在需要时声明变量”特性。如果您不使用支持 C99 的编译器，则可以直接修复这些问题。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

static void dump_partition(char const *tag, int *array, int lo, int hi)
{
    if (lo < hi)
    {
        int i;
        printf("%s: %d..%d\n", tag, lo, hi);
        for (i = lo; i <= hi; i++)
        {
            printf(" %4d", array[i]);
            if ((i - lo) % 10 == 9)
                putchar('\n');
        }
        if ((i - lo) % 10 != 0)
            putchar('\n');
    }
}

static int partition(int *A, int p, int r)
{
    const int x=A[r];
    int i=p-1;
    int j=p;
    int temp;

    while (j < r)
    {
        if (A[j] <= x)
        {
            i++;
            temp=A[i];
            A[i]=A[j];
            A[j]=temp;
        }
        j++;
    }
    temp=A[i+1];
    A[i+1]=A[r];
    A[r]=temp;
    return i+1;
}

static void quicksort_last(int *A, int p, int r)
{
    if (p < r)
    {
        int q=partition(A, p, r);
        printf("quicksort: %p (%d..%d)\n", (void *)&q, p, r);
        //dump_partition("L-part", A, p, q-1);
        //dump_partition("R-part", A, q+1, r);
        quicksort_last(A, p, q-1);
        quicksort_last(A, q+1, r);
    }
}

int main(void)
{
    int data[] =
    {
        31, 14, 53, 45, 88,  0, 79, 59, 84,  5,
        83, 42, 61, 38, 24, 47, 86, 69,  8, 36,
    };
    enum { N_DATA = sizeof(data) / sizeof(data[0]) };

    dump_partition("Random", data, 0, N_DATA-1);
    quicksort_last(data, 0, N_DATA-1);
    dump_partition("Sorted", data, 0, N_DATA-1);

    enum { BIG_SIZE = 10000 };
    int data2[BIG_SIZE];
    srand(time(0));
    for (int i = 0; i < BIG_SIZE; i++)
        data2[i] = rand() % BIG_SIZE;

    dump_partition("Random", data2, 0, BIG_SIZE-1);
    quicksort_last(data2, 0, BIG_SIZE-1);
    dump_partition("Sorted", data2, 0, BIG_SIZE-1);

    return 0;
}

dump_partition() 函数允许我监控分区中的内容。当quicksort_last() 中被注释掉的那些处于活动状态时，它让我看到分区工作正常。打印q 地址的printf() 给出了堆栈深度的度量。在我的机器上，运行的输出：

qs | grep quicksort: | sort -u -k2,2

曾经：

quicksort: 0x7fff555f66f0 (3962..3963)
quicksort: 0x7fff555f6730 (3961..3963)
quicksort: 0x7fff555f6770 (3961..3965)
quicksort: 0x7fff555f67b0 (1214..1215)
quicksort: 0x7fff555f67f0 (1197..1198)
quicksort: 0x7fff555f6830 (1151..1152)
quicksort: 0x7fff555f6870 (1150..1152)
quicksort: 0x7fff555f68b0 (865..867)
quicksort: 0x7fff555f68f0 (435..436)
quicksort: 0x7fff555f6930 (433..436)
quicksort: 0x7fff555f6970 (20..21)
quicksort: 0x7fff555f69b0 (20..22)
quicksort: 0x7fff555f69f0 (20..23)
quicksort: 0x7fff555f6a30 (20..28)
quicksort: 0x7fff555f6a70 (20..29)
quicksort: 0x7fff555f6ab0 (20..30)
quicksort: 0x7fff555f6af0 (1..2)
quicksort: 0x7fff555f6b30 (1..4)
quicksort: 0x7fff555f6b70 (0..4)
quicksort: 0x7fff555f6bb0 (0..6)
quicksort: 0x7fff555f6bf0 (0..11)
quicksort: 0x7fff555f6c30 (0..18)
quicksort: 0x7fff555f6c70 (0..93)
quicksort: 0x7fff555f6cb0 (0..138)
quicksort: 0x7fff555f6cf0 (8..9)
quicksort: 0x7fff555f6d30 (7..9)
quicksort: 0x7fff555f6d70 (3..4)
quicksort: 0x7fff555f6db0 (0..1)
quicksort: 0x7fff555f6df0 (0..5)
quicksort: 0x7fff555f6e30 (0..19)

最大堆栈深度为：

  0x7fff555f6e30
- 0x7fff555f66f0
  --------------
  0x000000000740

小于 2 KiB。堆栈上有 28 个级别。那是随机数据（显示的代码）。当我修改代码以对已排序的数据进行排序时，使用的堆栈要大得多——正如我在评论中指出的那样，这会导致分区中的行为非常糟糕。

如果您的输入数据已经排序，则选择子数组的第一个元素作为枢轴值会导致二次排序和非常深的递归。最好随机选择一个枢轴，或者使用Median of Three，或相关技术。

堆栈上共有9999个级别，堆栈位置的差异是：

  0x7fff5d0bde30
- 0x7fff5d021ab0
  --------------
  0x000000013074

但是，使用的堆栈空间仍然少于 80 KiB（在排序代码中；数组的空间是额外的，但这是一个已知数量，大约 40 KiB）。这些尺寸都不会对普通机器造成压力。

因此，我必须诊断问题不是您在问题中显示的代码。令人惊讶的是，事实往往如此。

您可以通过获取我的驱动程序代码（main() 可能还有 dump_partition() 函数）并使用您的 quicksort_last() 运行它来验证这一点。你应该找到与我得到的结果相似的结果。如果是这种情况，您可以开始编写驱动程序代码。我看了看它并决定我不想仔细检查它——事实上，最初发布的代码对我来说根本无法编译。它似乎也有大量重复的代码，这总是一个不好的迹象。当我做了足够多的工作让它编译无警告（这意味着打印出仔细计算的时间，在很大程度上，但也有其他问题），然后我得到的输出是：

这是使用%13.6f 作为格式字符串打印时间。同样，它没有在 Mac OS X 10.9 上崩溃。我没有测量这段代码中的堆栈使用情况。

【讨论】：

你能把主函数中的for循环改成； for (int i = 0; i < BIG_SIZE; i++) data2[i] = i; 告诉我会发生什么？我知道当数字是随机的时快速排序会更好，但我必须让它在最坏的情况下工作:)顺便说一句，我要感谢你的回答。这一定花了一些时间，并且肯定让我获得了新的不同视角:)
顺便说一句，我忘了告诉你，当我按照我的要求做的时候，程序再次崩溃并出现同样的错误
当我重新排序已经排序的数据时，我有效地做到了这一点。但是，我也按要求做了，代码对我来说工作得很好，但是我对使用的堆栈空间量有不同的衡量标准。原始数据是0x7fff51ba3e30 - 0x7fff51b07ab0 = 0x9C380 = 639872（大约 625 KiB），这比我昨天确定的要大得多。我必须重新运行原始代码来检查我昨天是否搞砸了。

【解决方案3】：

嗯，我做的最后一件事是我应该做的第一件事（像往常一样）

void plusplus(int a){
    printf("%d\n",a);
    plusplus(a+1);
}

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

当我运行这段代码时，它会破解大约 4700 次递归。所以我明白了，要么 1 mb 堆栈被填充到第 4700 深度，要么存在限制（我怀疑）。

感谢您的宝贵时间并帮助大家 ;)

【讨论】：