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关于C语言的部分BUG(一)
2018-10-27 12:08:07 】 浏览:46
Tags:关于 语言 部分 BUG

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scanf格式匹配引发的错误

运行如下程序时,出现这类错误:`*** stack smashing detected ***: ./test_global terminated`。错误原因可能是因为`scanf("%d%d", &row, &col)`接收的是`int`型,但是我使用的是`short int`,长度是`Int`的一半。修改成`int`后错误消失。
#include<stdio.h>

int main(){ 
    int row, col;
    
    scanf("%d%d", &row, &col);
    printf("%d %d", row, col);
    return 0;
}

??使用gcc编译时出现的警告如下:
????
??出现的错误如下:
????

局部变量被释放引发的bug

运行如下程序时,会无终止地打印-1。原因是变量p所指向的变量k在addr()函数执行后自行销毁,k所使用的内存被分配给loop()中的变量i,从而导致p指向i。而此时对p的操作是减1,对i的操作是加1,导致i的值始终为-1,无法跳出循环。
#include<stdio.h>

void addr();
void loop();

long *p;
int main(){
    addr();
    loop();
}

void addr(){
    long k;
    k = 0;
    p = &k;
}

void loop(){
    long i, j;
    j = 0;
    for (i = 0; i<10;i++){
        (*p)--;
        j++;
        printf("%d\n", i);
    }
}

??程序运行输出结果如下:
????
??程序调试结果如下:
????

数组写入超出索引维度

虽然运行下面代码不会出错,但是对数组a[10]的写操作超出了维度,导致在地址为a+10的地方也写入了数据,但是容易引发潜在bug。

#include<stdio.h>

int main()
{                                                        
    int i;
    int a[10];
    for (i = 0; i <= 10; ++i)
    {    
        a[i] = 0;
        printf("%d\n", i);
    }
    exit(0);    
}

指针的指针引发的思考

对于将指针作为参数进行传递时,如果是将在子函数内赋值给一个新申请的空间,那么就要注意在传递指针时,需要传递指针的地址,即指针的指针。错误程序如下:

#include<stdio.h>

void allocateInt(int * i, int m);
void main()
{
    int m = 5;
    int * i = &m;
    printf("i address: %x\n", &i);
    allocateInt(i, m);
    printf("*i = %d\n", *i);
}

void allocateInt(int * i, int m)
{
    printf("i address: %x\n", &i);
    i = (int *) malloc(sizeof(int));
    *i = 3;
}

指针的指针引发的思考——思考

??虽然对该问题的解释一般是:在传递参数时,系统为子函数的变量新申请一部分空间,因此在void allocateInt(int * i)中,i的地址和在void main()中的地址是不同的,而void allocateInt(int * i)中的i是局部变量,在子函数运行结束会被释放掉,因此void main()中的i是无法得到malloc的地址的,更不可能得到新的赋值。
??下面通过gdb调试以及反汇编来进行说明:

  1. 程序在运行至main函数中的allocateInt(i, m);语句时,变量i和m的内存地址如下图所示,&i=0x7fffffffdaf0,&m=0x7fffffffdaec:
  2. 之后使用命令si对汇编语言进行单步调试,连续运行5次si命令后(主要是保留变量i和m的值),程序进入allocateInt函数。进入时,i=0x7ffff7ffe168, m=0,也就是说i和m还并没有被传递赋值,结果如下所示:

    但此时,变量i和m的地址是不同的,&i=0x7fffffffdac8,&m=0x7fffffffdac4,如下图所示:
  3. 再运行5次汇编指令后,才将参数的完成传递赋值,程序的指针才开始指向void allocateInt(int * i, int m)中的printf("i address: %x\n", &i);,如下图所示:

    此时的i和m已经被赋值,i=(int *) 0x7fffffffdaec, m=5。
  4. 针对在第3点提到的4次汇编指令,这里进一步说明。
    • 第1条指令是push %rbp,也就是把rbp寄存器入栈;
    • 第2条指令是mov %rsp,%rbp,其中rsp是堆栈指针。也就是把堆栈指针的值赋值给rbp寄存器;
    • 第3条指令是sub $0x10,%rsp,也就是把堆栈指针所指向的地址减少16个字节。这是因为变量i和m一共占用了16个字节;
    • 第4条指令是mov %rdi,-0x8(%rbp),也就是把寄存器rdi的值(rdi=0x7fffffffdaec,如下图所示)赋值给i。因为i的地址就是rbp-0x8;
    • 第5条指令是mov %esi,-0xc(%rbp),作用类似于第4条,将寄存器esi的值(esi=0x5,如下图所示)赋值给m。
  5. 关于寄存器的相关知识、gdb的调试命令可以参考下面的参考资料;
  6. 关于汇编指令中出现的lea命令可以网上查找,主要就是一种更加有效的mov方法;
  7. 关于汇编指令中出现的callq 0x4004a0 <printf@plt>,意思是调用print函数。但是这里并不是直接调用print函数,而是调用类似于print函数在进程中的别名。因为这是公用库中的函数,因此不同进程中都会调用,所以只在进程中存留一个函数地址或者别名就好。具体参见stackoverflow上的一篇文章What does @plt mean here?

题外话

  • 在编写时注意局部性原理,提高性能。一般cache会把某次访问的内存地址附近区域的内容都加载进去。如果在编写程序时相邻语句访问的数据是在内存中连续的,那么就会调高cache的命中率。
  • 在编写时注意分支预测导致的性能问题。在向下跳转的情况下,优先将最有可能执行的语句放在if分支下,减少分支预测时的开销(向下跳转在静态分支预测中一般默认不跳转;向上跳转在静态分支预测中一般默认跳转),例如:
int a = -5;
int b = 0; 
................................................
if(a > 0){                 if(a <= 0){
    b = 1;                        b = 2;
}                             }
else{                      else{
    b = 2;                    b=1;
}                            }

??关于分支预测的一些预测方式可以参考一篇博客C++性能榨汁机之分支预测器

参考资料
Visual Studi
编程开发网

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