为何无法使用POSIX线程保留函数栈帧？

提前说明：我知道POSIX有标准的参数传递方法；我清楚自己的操作不规范，绝不会在实际场景中用；我只是想搞懂编译器对内存和栈帧的处理逻辑，避免以后踩内存错误的坑。这不是“怎么实现”的问题，而是“为什么行不通”的问题。

正确的结构体值传递示例 #

向调用函数返回结构体时，标准的做法是用值传递：

#include<stdio.h>

typedef struct some_struct {
    int val1;
    int val2;
} some_struct;

some_struct remote() {
    some_struct s;
    s.val1 = 1;
    s.val2 = 2;
    return s;
}

int main() {
    some_struct by_value = remote();
    printf("%d %d\n", by_value.val1, by_value.val2);    // 输出 '1 2'
    return 0;
}

返回局部变量指针的风险 #

如果改成返回被调用函数中局部变量的指针，就会出现未定义行为：

#include<stdio.h>

typedef struct some_struct {
    int val1;
    int val2;
} some_struct;

some_struct* remote() {
    some_struct s;
    s.val1 = 1;
    s.val2 = 2;
    return &s;
}

int main() {
    some_struct *by_reference = remote();
    printf("%d %d\n", by_reference->val1, by_reference->val2);  // 有时会输出 '1 2'，但本质非法
    return 0;
}

我的理解是：当函数返回时，编译器会将被调用函数的栈帧标记为可释放，后续可能被任意覆盖。所以调用函数引用该栈帧内的值时，内存大概率已被覆盖，只有小型程序可能侥幸输出正确值。

尝试用POSIX线程保留栈帧的失败代码 #

我曾想过，能不能用POSIX线程保留被调用函数的栈帧？于是写了这段代码：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>

typedef struct some_struct {
    int val1;
    int val2;
} some_struct;

int semaphore1 = 1;
int semaphore2 = 1;

void* remote(void* arg) {
    some_struct s;
    s.val1 = 1;
    s.val2 = 2;
    arg = &s;
    
    semaphore1 = 0;
    while(semaphore2) sleep(1);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t thread;   
    some_struct *by_reference;

    pthread_create(&thread, NULL, remote, (void*)by_reference);
    while(semaphore1) sleep(1);
    printf("%d %d\n", by_reference->val1, by_reference->val2);    // 触发段错误
    semaphore2 = 0;
    return 0;
}

运行后直接触发段错误，这是为什么？难道线程无法保留栈帧？还是有其他原因？

问题根源解析 #

线程的栈帧确实是独立的，只要线程还在运行，它的栈帧不会被系统回收，但你的代码的问题根本不在栈帧释放上，而是参数传递的逻辑错误：

• 在main函数中，by_reference是一个未初始化的指针，它的值是随机的垃圾地址。你把它强转为void*传给pthread_create，但这只是传递了指针的当前值，而非指针本身的引用——换句话说，线程函数拿到的是这个垃圾地址的副本，不是by_reference变量的地址。
• 在remote线程函数里，你修改的是函数参数arg的局部副本，这个修改完全不会同步到main里的by_reference变量。main中的by_reference依然是未初始化的垃圾指针，当你用它访问结构体成员时，本质是在访问一个随机的非法内存地址，直接触发段错误。

补充说明 #

就算你修正了参数传递的问题（比如传递&by_reference，也就是指针的指针，在线程函数里解引用修改*((some_struct**)arg) = &s;），让主线程拿到了线程栈中some_struct s的地址，也要保证线程在主线程访问该变量期间不退出——否则线程退出后栈帧被回收，这个地址就变成了悬空指针，后续访问依然是未定义行为。但你的代码连第一步参数传递都没做对，所以直接触发了段错误。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者hstone32