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人人都写过的5个Bug!

人人都写过的5个Bug!

大家好,我是良许。

计算机专业的小伙伴,在学校期间一定学过 C 语言。它是众多高级语言的鼻祖,深入学习这门语言会对计算机原理、操作系统、内存管理等等底层相关的知识会有更深入的了解,所以我在直播的时候,多次强调大家一定要好好学习这门语言。

但是,即使是最有经验的程序员也会写出各种各样的 Bug。本文就盘点一下学习或使用 C 语言过程中,非常容易出现的 5 个 Bug,以及如何规避这些 Bug。

这篇文章主要面向初学者,老鸟可以忽略哈(其实不少老鸟依然还会犯这些低级错误哦)~

1. 变量未初始化

当程序启动时,系统会给它自动分配一块内存,程序可以用它来存储数据。所以如果你在定义一个变量时,在未初始化的情况下,它的值有可能是任意的。

但这也不是绝对的,有些环境就会在程序启动时自动将内存「清零」,因此每个变量默认值都是零。考虑到可移植性,最好要将变量进行初始化,这是一名合格软件工程师应该养成的好习惯。

我们来看下下面这个使用几个变量和两个数组的示例程序:

#include <stdio.h> #include <stdlib.h>  int main() {   int i, j, k;   int numbers[5];   int *array;    puts("These variables are not initialized:");    printf("  i = %dn", i);   printf("  j = %dn", j);   printf("  k = %dn", k);    puts("This array is not initialized:");    for (i = 0; i < 5; i++) {     printf("  numbers[%d] = %dn", 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 < 5; i++) {       printf("  array[%d] = %dn", i, array[i]);     }      free(array);   }    /* done */    puts("Ok");   return 0; } 

这段程序没有对变量进行初始化,所以变量的值有可能是随机的,不一定是零。在我的电脑上它的运行结果如下 :

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 

从结果可以看出,ij 的值刚好是 0,但 k 值为 32766。 在 numbers 数组中,大多数元素也恰好是零,除了第三个(4199024)。

在不同的操作系统上编译这段相同的程序,运行的结果有可能又是不一样的。所以千万不要觉得你的结果就是正确唯一的,一定要考虑可移植性。

例如,这是在 FreeDOS 上运行的相同程序的结果:

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 

可以看出来,运行的结果跟上面几乎是天差地别。所以,对变量进行初始化将为你省去很多不必要的麻烦,也便于将来的调试。

2. 数组越界

在计算机世界里,都是从 0 开始计数,但总有人有意无意忘记这点。比如一个数组长度为 10 ,想要获取最后一个元素的值,总有人用 array[10] ……

别问,问就是我写过……

新手朋友犯这种低级错误特别多。我们来看下数组越界会发生什么。

#include <stdio.h> #include <stdlib.h>  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 < 5; i++) {     numbers[i] = i;   }    /* oops, this goes beyond the array bounds: */   for (i = 0; i < 10; i++) {     printf("  numbers[%d] = %dn", 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 < 5; i++) {       array[i] = i;     }      /* oops, this goes beyond the array bounds: */     for (i = 0; i < 10; i++) {       printf("  array[%d] = %dn", i, array[i]);     }      free(array);   }    /* done */    puts("Ok");   return 0; } 

请注意,程序初始化了数组 numbers 所有元素的值(0~4),但是越界读取了第 0~9 元素的值。可以看出来,前五个值是正确的,但之后鬼都不知道这些值会是什么:

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 

所以大家在写代码过程中,一定要知道数组的边界。像这种数据读取的还好,如果一旦对这些内存进行写操作,直接就 core dump !

3. 字符串溢出

在 C 编程语言中,字符串是一组 char 值,也可以将其视为数组。因此,你也需要避免超出字符串的范围。如果超出,则称为字符串溢出

为了测试字符串溢出,一种简单方法是使用 gets 函数读取数据。gets 函数非常危险,因为它不知道接收它的字符串中可以存储多少数据,只会天真地从用户那里读取数据。

如果用户输入字符串比较短那很好,但如果用户输入的值超过接收字符串的长度,则可能是灾难性的。

下面我们来演示一下这个现象:

#include <stdio.h> #include <string.h>  int main() {   char name[10];                       /* Such as "Beijing" */   int var1 = 1, var2 = 2;    /* show initial values */    printf("var1 = %d; var2 = %dn", var1, var2);    /* this is bad .. please don't use gets */    puts("Where do you live?");   gets(name);    /* show ending values */    printf("<%s> is length %dn", name, strlen(name));   printf("var1 = %d; var2 = %dn", var1, var2);    /* done */    puts("Ok");   return 0; } 

在这段代码里,接收数组的长度为 10 ,所以当输入数据长度小于 10 的话,程序运行就没问题。

例如,输入城市 Beijing ,长度为 7 :

var1 = 1; var2 = 2 Where do you live? Beijing <Beijing> is length 7 var1 = 1; var2 = 2 Ok 

威尔士小镇 Llanfairpwllgwyngyllgogerychwyrndrobwllllantysiliogogogoch 是世界上名字最长的城市,这个字符串有 58 个字符,远远超出了 name 变量中可保留的 10 个字符。

如果输入这个字符串,其结果是程序运行内存的其它位置,比如 var1var2 ,都有可能被波及:

var1 = 1; var2 = 2 Where do you live? Llanfairpwllgwyngyllgogerychwyrndrobwllllantysiliogogogoch <Llanfairpwllgwyngyllgogerychwyrndrobwllllantysiliogogogoch> is length 58 var1 = 2036821625; var2 = 2003266668 Ok Segmentation fault (core dumped) 

在中止之前,程序使用长字符串覆盖内存的其他部分。请注意,var1var2 不再是它们的起始值 12

所以我们需要使用更安全的方法来读取用户数据。例如,getline 函数就是一个不错的选择,它将分配足够大的内存来存储用户输入,因此用户不会因输入太长字符串而意外溢出。

4. 内存重复释放

良好的 C 编程规则之一是,如果分配了内存,就一定要将其释放。

我们可以使用 malloc 函数为数组和字符串申请内存,系统将开辟一块内存并返回一个指向该内存起始地址的指针。内存使用完毕后,我们一定要记得使用 free 函数释放内存,然后系统将该内存标记为未使用。

但是,这个过程中,你只能调用 free 函数一次。如果你第二次调用 free 函数,将导致意外行为,而且可能会破坏你的程序。

下面我们举个简单的例子:

#include <stdio.h> #include <stdlib.h>  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"); } 

运行此程序会导致第二次调用 free 函数时出现 core dump 错误:

malloc an array ... malloc succeeded Free the array... Free the array... free(): double free detected in tcache 2 Aborted (core dumped) 

那么怎么避免多次调用 free 函数呢?一个最简单的方法就是将 mallocfree 语句放在一个函数里。

如果你将 malloc 放在一个函数里,而将 free 放在另一个函数里,那么,在使用的过程中,如果逻辑设计不恰当,都有可能出现 free 被调用多次的情况。

5. 使用无效的文件指针

文件是操作系统里一种非常常见的数据存储方式。例如,您可以将程序的配置信息存储在名为 config.dat 文件里,程序运行时,就可以调用这个文件,读取配置信息。

因此,从文件中读取数据的能力对所有程序员都很重要。但是,如果你要读取的文件不存在怎么办?

在 C 语言中,要读取文件一般是先使用 fopen 函数打开文件,然后该函数返回指向文件的流指针。

如果您要读取的文件不存在或您的程序无法读取,则 fopen 函数将返回 NULL 。在这种情况下,我们仍然对其进行操作,会发生什么情况?我们一起来看下:

#include <stdio.h>  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; } 

当你运行这个程序时,如果 FILE.TXT 这个文件不存在,那么 pfile 将返回 NULL。在这种情况下我们还对 pfile 进行写操作的话,会立刻导致 core dump :

Open the FILE.TXT file ... Now display the contents of FILE.TXT ... Segmentation fault (core dumped) 

所以,我们要始终检查文件指针是否有效。例如,在调用 fopen 函数打开文件后,使用 if (pfile != NULL) 以确保指针是可以使用的。

小结

再有经验的程序员都有可能犯错误,所以写代码的时候我们要严谨再严谨。但是,如果你养成一些良好的习惯,并添加一些额外的代码来检查这五种类型的错误,则可以避免严重的 C 编程错误。

上面介绍的 5 种常见错误,你都写过哪些 Bug 呢?留言跟大家交流哦,看看谁是 Bug 王!

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