Visual Studio 2022中C++20协程局部变量致栈溢出问题咨询

在Visual Studio 2022（C++20编译环境）中，运行以下代码会触发栈溢出异常（operator new从未被调用）：

struct cCoro
{
    struct promise_type
    {
        cCoro get_return_object() {
            return {
                // 使用C++20指定初始化语法
                .Handle = std::coroutine_handle<promise_type>::from_promise(*this)
            };
        }

        std::suspend_always initial_suspend() { return {}; }
        std::suspend_always final_suspend() noexcept { return {}; }
        void unhandled_exception() {}
        void return_void() {}

        void* operator new (size_t sz) {
            printf("%s %I64d\n", __FUNCTION__, sz);
            return malloc(sz);
        }
    };

    std::coroutine_handle<promise_type> Handle;
};

cCoro stack_or_heap()
{
    const int sz = 64 * 1024 * 1024; // 远大于普通线程栈大小，触发栈溢出
    uint8_t buffer[sz];

    co_await std::suspend_always();

    // ... 此处使用buffer
}

int main()
{
    auto h = stack_or_heap(); // <== 此处触发栈溢出
}

将buffer大小修改为以下值时，代码可正常运行（且operator new会被调用）：

cCoro stack_or_heap()
{
    const int sz = 64 * 1024; // 运行正常
    uint8_t buffer[sz];

    co_await std::suspend_always();

    // ... 此处使用buffer
}

针对上述现象，解答以下三个疑惑：

1. C++协程中的“局部”变量是存储在栈上还是堆上？ #

C++协程中的局部变量（包括示例中的buffer）最终会存储在协程状态对象中，而协程状态对象默认通过堆分配（operator new）创建。但在协程初始化阶段，编译器可能先在当前调用栈上临时分配空间，用于构造协程状态，之后再将其转移到堆上（如果需要持久化挂起状态）。

2. 无论buffer大小如何，我预期其分配都会通过operator new完成，为何会出现栈溢出？ #

这是Visual Studio编译器的协程栈分配优化策略导致的：当协程局部变量总大小较小时，编译器会先尝试在当前调用栈上完整分配协程状态所需空间，再决定是否移到堆上；当变量总大小超过某个阈值（你的环境中约为64KB），编译器会直接使用堆分配。

第一个例子中，buffer大小为64MB，远超线程栈默认大小（通常1MB或8MB），编译器在栈上尝试预留空间时直接触发溢出，根本没走到堆分配逻辑，所以operator new从未被调用。

3. 查看Godbolt反汇编代码，进入协程时会在栈上预留buffer大小的空间，同时又通过operator new为协程状态（包含buffer）分配空间，为何会为同一buffer同时在栈和堆上分配空间？ #

这是编译器的临时栈分配+拷贝迁移机制：

• 编译器先在调用栈上为协程状态（包括局部变量）分配临时空间，用于初始化promise对象、局部变量等；
• 由于你的代码中initial_suspend返回suspend_always，协程会立即挂起，此时编译器会将栈上的协程状态完整拷贝到operator new分配的堆空间中；
• 后续协程的挂起、恢复操作都基于堆上的状态执行，栈上的临时空间会在协程初始化函数返回时被释放。

当局部变量过大时，栈上的临时分配直接触发溢出，导致后续堆分配逻辑无法执行。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Dr James Cain