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关于C语言的部分BUG

来源:亚搏彩票手机版   发布时间:2019-06-23   点击量:362

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scanf格式匹配引发的错误局部变量被释放引发的bug数组写入超出索引维度指针的指针引发的思考题外话

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

    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: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: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", &i);,如下图所示:此时的i和m已经被赋值,i=(int *) 0x7fffffffdaec, m=5。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。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;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;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 Studio文档:寄存器使用探究Linux下参数传递及查看和修改方法gdb 调试入门,大牛写的高质量指南GDB的调试命令What does @plt mean here?C++性能榨汁机之分支预测器

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