人人都寫(xiě)過(guò)的5個(gè)Bug！
時(shí)間：2021-11-04 16:12:19
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[導(dǎo)讀]計(jì)算機(jī)專業(yè)的小伙伴，在學(xué)校期間一定學(xué)過(guò)C語(yǔ)言。它是眾多高級(jí)語(yǔ)言的鼻祖，深入學(xué)習(xí)這門(mén)語(yǔ)言會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)原理、操作系統(tǒng)、內(nèi)存管理等等底層相關(guān)的知識(shí)會(huì)有更深入的了解，所以我在直播的時(shí)候，多次強(qiáng)調(diào)大家一定要好好學(xué)習(xí)這門(mén)語(yǔ)言。但是，即使是最有經(jīng)驗(yàn)的程序員也會(huì)寫(xiě)出各種各樣的Bug。本文就盤(pán)點(diǎn)一下...
計(jì)算機(jī)專業(yè)的小伙伴，在學(xué)校期間一定學(xué)過(guò) C 語(yǔ)言。它是眾多高級(jí)語(yǔ)言的鼻祖，深入學(xué)習(xí)這門(mén)語(yǔ)言會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)原理、操作系統(tǒng)、內(nèi)存管理等等底層相關(guān)的知識(shí)會(huì)有更深入的了解，所以我在直播的時(shí)候，多次強(qiáng)調(diào)大家一定要好好學(xué)習(xí)這門(mén)語(yǔ)言。
但是，即使是最有經(jīng)驗(yàn)的程序員也會(huì)寫(xiě)出各種各樣的 Bug。本文就盤(pán)點(diǎn)一下學(xué)習(xí)或使用 C 語(yǔ)言過(guò)程中，非常容易出現(xiàn)的 5 個(gè) Bug，以及如何規(guī)避這些 Bug。這篇文章主要面向初學(xué)者，老鳥(niǎo)可以忽略哈（其實(shí)不少老鳥(niǎo)依然還會(huì)犯這些低級(jí)錯(cuò)誤哦）~
#include?
int?main()
{
??int?i,?j,?k;
??int?numbers[5];
??int?*array;
??puts("These?variables?are?not?initialized:");
??printf("??i?=?%d\n",?i);
??printf("??j?=?%d\n",?j);
??printf("??k?=?%d\n",?k);
??puts("This?array?is?not?initialized:");
??for?(i?=?0;?i?????printf("??numbers[%d]?=?%d\n",?i,?numbers[i]);
??}
??puts("malloc?an?array?...");
??array?=?malloc(sizeof(int)?*?5);
??if?(array)?{
????puts("This?malloc'ed?array?is?not?initialized:");
????for?(i?=?0;?i???????printf("??array[%d]?=?%d\n",?i,?array[i]);
????}
????free(array);
??}
??/*?done?*/
??puts("Ok");
??return?0;
}
這段程序沒(méi)有對(duì)變量進(jìn)行初始化，所以變量的值有可能是隨機(jī)的，不一定是零。在我的電腦上它的運(yùn)行結(jié)果如下 ：These?variables?are?not?initialized:
??i?=?0
??j?=?0
??k?=?32766
This?array?is?not?initialized:
??numbers[0]?=?0
??numbers[1]?=?0
??numbers[2]?=?4199024
??numbers[3]?=?0
??numbers[4]?=?0
malloc?an?array?...
This?malloc'ed?array?is?not?initialized:
??array[0]?=?0
??array[1]?=?0
??array[2]?=?0
??array[3]?=?0
??array[4]?=?0
Ok
從結(jié)果可以看出，
??i?=?0
??j?=?1074
??k?=?3120
This?array?is?not?initialized:
??numbers[0]?=?3106
??numbers[1]?=?1224
??numbers[2]?=?784
??numbers[3]?=?2926
??numbers[4]?=?1224
malloc?an?array?...
This?malloc'ed?array?is?not?initialized:
??array[0]?=?3136
??array[1]?=?3136
??array[2]?=?14499
??array[3]?=?-5886
??array[4]?=?219
Ok
可以看出來(lái)，運(yùn)行的結(jié)果跟上面幾乎是天差地別。所以，對(duì)變量進(jìn)行初始化將為你省去很多不必要的麻煩，也便于將來(lái)的調(diào)試。
#include?
int?main()
{
??int?i;
??int?numbers[5];
??int?*array;
??/*?test?1?*/
??puts("This?array?has?five?elements?(0?to?4)");
??/*?initalize?the?array?*/
??for?(i?=?0;?i?????numbers[i]?=?i;
??}
??/*?oops,?this?goes?beyond?the?array?bounds:?*/
??for?(i?=?0;?i?????printf("??numbers[%d]?=?%d\n",?i,?numbers[i]);
??}
??/*?test?2?*/
??puts("malloc?an?array?...");
??array?=?malloc(sizeof(int)?*?5);
??if?(array)?{
????puts("This?malloc'ed?array?also?has?five?elements?(0?to?4)");
????/*?initalize?the?array?*/
????for?(i?=?0;?i???????array[i]?=?i;
????}
????/*?oops,?this?goes?beyond?the?array?bounds:?*/
????for?(i?=?0;?i???????printf("??array[%d]?=?%d\n",?i,?array[i]);
????}
????free(array);
??}
??/*?done?*/
??puts("Ok");
??return?0;
}
請(qǐng)注意，程序初始化了數(shù)組 numbers 所有元素的值（0~4），但是越界讀取了第 0~9 元素的值?？梢钥闯鰜?lái)，前五個(gè)值是正確的，但之后鬼都不知道這些值會(huì)是什么：This?array?has?five?elements?(0?to?4)
??numbers[0]?=?0
??numbers[1]?=?1
??numbers[2]?=?2
??numbers[3]?=?3
??numbers[4]?=?4
??numbers[5]?=?0
??numbers[6]?=?4198512
??numbers[7]?=?0
??numbers[8]?=?1326609712
??numbers[9]?=?32764
malloc?an?array?...
This?malloc'ed?array?also?has?five?elements?(0?to?4)
??array[0]?=?0
??array[1]?=?1
??array[2]?=?2
??array[3]?=?3
??array[4]?=?4
??array[5]?=?0
??array[6]?=?133441
??array[7]?=?0
??array[8]?=?0
??array[9]?=?0
Ok
所以大家在寫(xiě)代碼過(guò)程中，一定要知道數(shù)組的邊界。像這種數(shù)據(jù)讀取的還好，如果一旦對(duì)這些內(nèi)存進(jìn)行寫(xiě)操作，直接就 core dump ！
#include?
int?main()
{
??char?name[10];???????????????????????/*?Such?as?"Beijing"?*/
??int?var1?=?1,?var2?=?2;
??/*?show?initial?values?*/
??printf("var1?=?%d;?var2?=?%d\n",?var1,?var2);
??/*?this?is?bad?..?please?don't?use?gets?*/
??puts("Where?do?you?live?");
??gets(name);
??/*?show?ending?values?*/
??printf("<%s>?is?length?%d\n",?name,?strlen(name));
??printf("var1?=?%d;?var2?=?%d\n",?var1,?var2);
??/*?done?*/
??puts("Ok");
??return?0;
}
在這段代碼里，接收數(shù)組的長(zhǎng)度為 10 ，所以當(dāng)輸入數(shù)據(jù)長(zhǎng)度小于 10 的話，程序運(yùn)行就沒(méi)問(wèn)題。例如，輸入城市 Beijing ，長(zhǎng)度為 7 ：var1?=?1;?var2?=?2
Where?do?you?live?
Beijing
?is?length?7
var1?=?1;?var2?=?2
Ok
威爾士小鎮(zhèn)
Where?do?you?live?
Llanfairpwllgwyngyllgogerychwyrndrobwllllantysiliogogogoch
?is?length?58
var1?=?2036821625;?var2?=?2003266668
Ok
Segmentation?fault?(core?dumped)
在中止之前，程序使用長(zhǎng)字符串覆蓋內(nèi)存的其他部分。請(qǐng)注意，
#include?
int?main()
{
??int?*array;
??puts("malloc?an?array?...");
??array?=?malloc(sizeof(int)?*?5);
??if?(array)?{
????puts("malloc?succeeded");
????puts("Free?the?array...");
????free(array);
??}
??puts("Free?the?array...");
??free(array);
??puts("Ok");
}
運(yùn)行此程序會(huì)導(dǎo)致第二次調(diào)用
malloc?succeeded
Free?the?array...
Free?the?array...
free():?double?free?detected?in?tcache?2
Aborted?(core?dumped)
那么怎么避免多次調(diào)用
int?main()
{
??FILE?*pfile;
??int?ch;
??puts("Open?the?FILE.TXT?file?...");
??pfile?=?fopen("FILE.TXT",?"r");
??/*?you?should?check?if?the?file?pointer?is?valid,?but?we?skipped?that?*/
??puts("Now?display?the?contents?of?FILE.TXT?...");
??while?((ch?=?fgetc(pfile))?!=?EOF)?{
????printf("<%c>",?ch);
??}
??fclose(pfile);
??/*?done?*/
??puts("Ok");
??return?0;
}
當(dāng)你運(yùn)行這個(gè)程序時(shí)，如果 FILE.TXT 這個(gè)文件不存在，那么 pfile 將返回 NULL。在這種情況下我們還對(duì) pfile 進(jìn)行寫(xiě)操作的話，會(huì)立刻導(dǎo)致 core dump ：Open?the?FILE.TXT?file?...
Now?display?the?contents?of?FILE.TXT?...
Segmentation?fault?(core?dumped)
所以，我們要始終檢查文件指針是否有效。例如，在調(diào)用
但是，即使是最有經(jīng)驗(yàn)的程序員也會(huì)寫(xiě)出各種各樣的 Bug。本文就盤(pán)點(diǎn)一下學(xué)習(xí)或使用 C 語(yǔ)言過(guò)程中，非常容易出現(xiàn)的 5 個(gè) Bug，以及如何規(guī)避這些 Bug。這篇文章主要面向初學(xué)者，老鳥(niǎo)可以忽略哈（其實(shí)不少老鳥(niǎo)依然還會(huì)犯這些低級(jí)錯(cuò)誤哦）~
1. 變量未初始化
當(dāng)程序啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)給它自動(dòng)分配一塊內(nèi)存，程序可以用它來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。所以如果你在定義一個(gè)變量時(shí)，在未初始化的情況下，它的值有可能是任意的。但這也不是絕對(duì)的，有些環(huán)境就會(huì)在程序啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)將內(nèi)存「清零」，因此每個(gè)變量默認(rèn)值都是零。考慮到可移植性，最好要將變量進(jìn)行初始化，這是一名合格軟件工程師應(yīng)該養(yǎng)成的好習(xí)慣。我們來(lái)看下下面這個(gè)使用幾個(gè)變量和兩個(gè)數(shù)組的示例程序：#include?#include?
int?main()
{
??int?i,?j,?k;
??int?numbers[5];
??int?*array;
??puts("These?variables?are?not?initialized:");
??printf("??i?=?%d\n",?i);
??printf("??j?=?%d\n",?j);
??printf("??k?=?%d\n",?k);
??puts("This?array?is?not?initialized:");
??for?(i?=?0;?i?????printf("??numbers[%d]?=?%d\n",?i,?numbers[i]);
??}
??puts("malloc?an?array?...");
??array?=?malloc(sizeof(int)?*?5);
??if?(array)?{
????puts("This?malloc'ed?array?is?not?initialized:");
????for?(i?=?0;?i???????printf("??array[%d]?=?%d\n",?i,?array[i]);
????}
????free(array);
??}
??/*?done?*/
??puts("Ok");
??return?0;
}
這段程序沒(méi)有對(duì)變量進(jìn)行初始化，所以變量的值有可能是隨機(jī)的，不一定是零。在我的電腦上它的運(yùn)行結(jié)果如下 ：These?variables?are?not?initialized:
??i?=?0
??j?=?0
??k?=?32766
This?array?is?not?initialized:
??numbers[0]?=?0
??numbers[1]?=?0
??numbers[2]?=?4199024
??numbers[3]?=?0
??numbers[4]?=?0
malloc?an?array?...
This?malloc'ed?array?is?not?initialized:
??array[0]?=?0
??array[1]?=?0
??array[2]?=?0
??array[3]?=?0
??array[4]?=?0
Ok
從結(jié)果可以看出，
i 和 j 的值剛好是 0，但 k 值為 32766。在 numbers 數(shù)組中，大多數(shù)元素也恰好是零，除了第三個(gè)（4199024）。在不同的操作系統(tǒng)上編譯這段相同的程序，運(yùn)行的結(jié)果有可能又是不一樣的。所以千萬(wàn)不要覺(jué)得你的結(jié)果就是正確唯一的，一定要考慮可移植性。例如，這是在 FreeDOS 上運(yùn)行的相同程序的結(jié)果：These?variables?are?not?initialized:??i?=?0
??j?=?1074
??k?=?3120
This?array?is?not?initialized:
??numbers[0]?=?3106
??numbers[1]?=?1224
??numbers[2]?=?784
??numbers[3]?=?2926
??numbers[4]?=?1224
malloc?an?array?...
This?malloc'ed?array?is?not?initialized:
??array[0]?=?3136
??array[1]?=?3136
??array[2]?=?14499
??array[3]?=?-5886
??array[4]?=?219
Ok
可以看出來(lái)，運(yùn)行的結(jié)果跟上面幾乎是天差地別。所以，對(duì)變量進(jìn)行初始化將為你省去很多不必要的麻煩，也便于將來(lái)的調(diào)試。
2. 數(shù)組越界
在計(jì)算機(jī)世界里，都是從 0 開(kāi)始計(jì)數(shù)，但總有人有意無(wú)意忘記這點(diǎn)。比如一個(gè)數(shù)組長(zhǎng)度為 10 ，想要獲取最后一個(gè)元素的值，總有人用 array[10] ……別問(wèn)，問(wèn)就是我寫(xiě)過(guò)……新手朋友犯這種低級(jí)錯(cuò)誤特別多。我們來(lái)看下數(shù)組越界會(huì)發(fā)生什么。#include?#include?
int?main()
{
??int?i;
??int?numbers[5];
??int?*array;
??/*?test?1?*/
??puts("This?array?has?five?elements?(0?to?4)");
??/*?initalize?the?array?*/
??for?(i?=?0;?i?????numbers[i]?=?i;
??}
??/*?oops,?this?goes?beyond?the?array?bounds:?*/
??for?(i?=?0;?i?????printf("??numbers[%d]?=?%d\n",?i,?numbers[i]);
??}
??/*?test?2?*/
??puts("malloc?an?array?...");
??array?=?malloc(sizeof(int)?*?5);
??if?(array)?{
????puts("This?malloc'ed?array?also?has?five?elements?(0?to?4)");
????/*?initalize?the?array?*/
????for?(i?=?0;?i???????array[i]?=?i;
????}
????/*?oops,?this?goes?beyond?the?array?bounds:?*/
????for?(i?=?0;?i???????printf("??array[%d]?=?%d\n",?i,?array[i]);
????}
????free(array);
??}
??/*?done?*/
??puts("Ok");
??return?0;
}
請(qǐng)注意，程序初始化了數(shù)組 numbers 所有元素的值（0~4），但是越界讀取了第 0~9 元素的值?？梢钥闯鰜?lái)，前五個(gè)值是正確的，但之后鬼都不知道這些值會(huì)是什么：This?array?has?five?elements?(0?to?4)
??numbers[0]?=?0
??numbers[1]?=?1
??numbers[2]?=?2
??numbers[3]?=?3
??numbers[4]?=?4
??numbers[5]?=?0
??numbers[6]?=?4198512
??numbers[7]?=?0
??numbers[8]?=?1326609712
??numbers[9]?=?32764
malloc?an?array?...
This?malloc'ed?array?also?has?five?elements?(0?to?4)
??array[0]?=?0
??array[1]?=?1
??array[2]?=?2
??array[3]?=?3
??array[4]?=?4
??array[5]?=?0
??array[6]?=?133441
??array[7]?=?0
??array[8]?=?0
??array[9]?=?0
Ok
所以大家在寫(xiě)代碼過(guò)程中，一定要知道數(shù)組的邊界。像這種數(shù)據(jù)讀取的還好，如果一旦對(duì)這些內(nèi)存進(jìn)行寫(xiě)操作，直接就 core dump ！
3. 字符串溢出
在 C 編程語(yǔ)言中，字符串是一組char 值，也可以將其視為數(shù)組。因此，你也需要避免超出字符串的范圍。如果超出，則稱為字符串溢出。為了測(cè)試字符串溢出，一種簡(jiǎn)單方法是使用 gets 函數(shù)讀取數(shù)據(jù)。gets 函數(shù)非常危險(xiǎn)，因?yàn)樗恢澜邮账淖址锌梢源鎯?chǔ)多少數(shù)據(jù)，只會(huì)天真地從用戶那里讀取數(shù)據(jù)。如果用戶輸入字符串比較短那很好，但如果用戶輸入的值超過(guò)接收字符串的長(zhǎng)度，則可能是災(zāi)難性的。下面我們來(lái)演示一下這個(gè)現(xiàn)象：#include?#include?
int?main()
{
??char?name[10];???????????????????????/*?Such?as?"Beijing"?*/
??int?var1?=?1,?var2?=?2;
??/*?show?initial?values?*/
??printf("var1?=?%d;?var2?=?%d\n",?var1,?var2);
??/*?this?is?bad?..?please?don't?use?gets?*/
??puts("Where?do?you?live?");
??gets(name);
??/*?show?ending?values?*/
??printf("<%s>?is?length?%d\n",?name,?strlen(name));
??printf("var1?=?%d;?var2?=?%d\n",?var1,?var2);
??/*?done?*/
??puts("Ok");
??return?0;
}
在這段代碼里，接收數(shù)組的長(zhǎng)度為 10 ，所以當(dāng)輸入數(shù)據(jù)長(zhǎng)度小于 10 的話，程序運(yùn)行就沒(méi)問(wèn)題。例如，輸入城市 Beijing ，長(zhǎng)度為 7 ：var1?=?1;?var2?=?2
Where?do?you?live?
Beijing
var1?=?1;?var2?=?2
Ok
Llanfairpwllgwyngyllgogerychwyrndrobwllllantysiliogogogoch 是世界上名字最長(zhǎng)的城市，這個(gè)字符串有 58 個(gè)字符，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了 name 變量中可保留的 10 個(gè)字符。如果輸入這個(gè)字符串，其結(jié)果是程序運(yùn)行內(nèi)存的其它位置，比如 var1和var2 ，都有可能被波及：var1?=?1;?var2?=?2Where?do?you?live?
Llanfairpwllgwyngyllgogerychwyrndrobwllllantysiliogogogoch
var1?=?2036821625;?var2?=?2003266668
Ok
Segmentation?fault?(core?dumped)
var1 和 var2 不再是它們的起始值 1 和 2 。所以我們需要使用更安全的方法來(lái)讀取用戶數(shù)據(jù)。例如，getline 函數(shù)就是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，它將分配足夠大的內(nèi)存來(lái)存儲(chǔ)用戶輸入，因此用戶不會(huì)因輸入太長(zhǎng)字符串而意外溢出。4. 內(nèi)存重復(fù)釋放
良好的 C 編程規(guī)則之一是，如果分配了內(nèi)存，就一定要將其釋放。我們可以使用malloc 函數(shù)為數(shù)組和字符串申請(qǐng)內(nèi)存，系統(tǒng)將開(kāi)辟一塊內(nèi)存并返回一個(gè)指向該內(nèi)存起始地址的指針。內(nèi)存使用完畢后，我們一定要記得使用 free 函數(shù)釋放內(nèi)存，然后系統(tǒng)將該內(nèi)存標(biāo)記為未使用。但是，這個(gè)過(guò)程中，你只能調(diào)用 free 函數(shù)一次。如果你第二次調(diào)用 free 函數(shù)，將導(dǎo)致意外行為，而且可能會(huì)破壞你的程序。下面我們舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子：#include?#include?
int?main()
{
??int?*array;
??puts("malloc?an?array?...");
??array?=?malloc(sizeof(int)?*?5);
??if?(array)?{
????puts("malloc?succeeded");
????puts("Free?the?array...");
????free(array);
??}
??puts("Free?the?array...");
??free(array);
??puts("Ok");
}
運(yùn)行此程序會(huì)導(dǎo)致第二次調(diào)用
free 函數(shù)時(shí)出現(xiàn) core dump 錯(cuò)誤：malloc?an?array?...malloc?succeeded
Free?the?array...
Free?the?array...
free():?double?free?detected?in?tcache?2
Aborted?(core?dumped)
那么怎么避免多次調(diào)用
free 函數(shù)呢？一個(gè)最簡(jiǎn)單的方法就是將 malloc 和 free 語(yǔ)句放在一個(gè)函數(shù)里。如果你將 malloc 放在一個(gè)函數(shù)里，而將 free 放在另一個(gè)函數(shù)里，那么，在使用的過(guò)程中，如果邏輯設(shè)計(jì)不恰當(dāng)，都有可能出現(xiàn) free 被調(diào)用多次的情況。5. 使用無(wú)效的文件指針
文件是操作系統(tǒng)里一種非常常見(jiàn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式。例如，您可以將程序的配置信息存儲(chǔ)在名為config.dat 文件里，程序運(yùn)行時(shí)，就可以調(diào)用這個(gè)文件，讀取配置信息。因此，從文件中讀取數(shù)據(jù)的能力對(duì)所有程序員都很重要。但是，如果你要讀取的文件不存在怎么辦？在 C 語(yǔ)言中，要讀取文件一般是先使用 fopen 函數(shù)打開(kāi)文件，然后該函數(shù)返回指向文件的流指針。如果您要讀取的文件不存在或您的程序無(wú)法讀取，則 fopen 函數(shù)將返回 NULL 。在這種情況下，我們?nèi)匀粚?duì)其進(jìn)行操作，會(huì)發(fā)生什么情況？我們一起來(lái)看下：#include?int?main()
{
??FILE?*pfile;
??int?ch;
??puts("Open?the?FILE.TXT?file?...");
??pfile?=?fopen("FILE.TXT",?"r");
??/*?you?should?check?if?the?file?pointer?is?valid,?but?we?skipped?that?*/
??puts("Now?display?the?contents?of?FILE.TXT?...");
??while?((ch?=?fgetc(pfile))?!=?EOF)?{
????printf("<%c>",?ch);
??}
??fclose(pfile);
??/*?done?*/
??puts("Ok");
??return?0;
}
當(dāng)你運(yùn)行這個(gè)程序時(shí)，如果 FILE.TXT 這個(gè)文件不存在，那么 pfile 將返回 NULL。在這種情況下我們還對(duì) pfile 進(jìn)行寫(xiě)操作的話，會(huì)立刻導(dǎo)致 core dump ：Open?the?FILE.TXT?file?...
Now?display?the?contents?of?FILE.TXT?...
Segmentation?fault?(core?dumped)
所以，我們要始終檢查文件指針是否有效。例如，在調(diào)用
fopen 函數(shù)打開(kāi)文件后，使用 if (pfile != NULL) 以確保指針是可以使用的。
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