Stapelüberlauf

Ein Stapelüberlauf (englisch stack overflow) findet statt, wenn der Aufrufstapel eines Programms die Größe des dafür vorgesehenen Speicherbereichs überschreitet.[1]

Ein Stapelüberlauf verursacht üblicherweise den Absturz des Programms.

Ursachen

Rekursion

Da jeder Unterfunktionsaufruf durch einen Stack-Frame, der u. a. Funktionsargumente, lokale Variablen und die Rücksprungadresse enthält, repräsentiert wird, kann exzessive oder gar unendliche Rekursion den Aufrufstapel zum Überlaufen bringen.

Beispiel

Die folgende rekursive C-Funktion, die das i-te Element der Fibonacci-Folge zurückgibt, verursacht einen Stapelüberlauf, wenn i ausreichend groß ist.

long long fibonacci(int i) {
    if (i == 0) return 0;
    if (i == 1) return 1;
    return fibonacci(i-1) + fibonacci(i-2);
}

Große lokale Variablen

Da lokale Variablen üblicherweise im Aufrufstapel abgelegt werden, kann eine einzige übergroße lokale Variable einen Stapelüberlauf verursachen.

Beispiel

Das folgende C-Programm verwendet eine absurd große lokale Variable und kann somit einen Stapelüberlauf verursachen.

#include<stdio.h>

int main() {
    double daten[17179869184];
    printf("%f", daten[17179869183]);
    return 0;
}

Abhilfen

Rekursive Funktionen können immer in iterative umgewandelt werden, bei linear-rekursiven Funktionen (solche mit nur einem Rekursionsaufruf) und einigen weiteren einfachen Fällen geht das sogar formal.[2] Einer iterativen Funktion, die nötigenfalls auch den Laufzeitstack imitiert (indem z. B. eine Stack-Datenstruktur „von Hand“ gefüllt wird), steht der gesamte Speicherbereich des Systems zur Verfügung, der üblicherweise mehrere Größenordnungen großzügiger ausfällt. Den Vorgang, bei dem eine rekursive Funktion in eine iterative überführt wird, nennt man Entrekursivierung. Nachteilig ist der oft komplexere Code und die dadurch eben nötige manuelle Speicherverwaltung, sofern nicht eine Laufzeitumgebung mit automatischer Speicherverwaltung eingesetzt wird.

Einzelnachweise
  1. Robert Sheldon: What is stack overflow? Abgerufen am 27. August 2023 (englisch).
  2. Peter Padawitz: Formale Methoden des Systemaufrufs. TU Dortmund, Dortmund 3. Februar 2021, S. 140 ff. (Volltext [PDF; abgerufen am 27. August 2023]).
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