Нейл Мэтью - Основы программирования в Linux

Вы также должны убедиться в том, что у выражения макроса assertнет побочных эффектов. Например, если вы применяете вызов функции с побочным эффектом, этот побочный эффект не проявится в рабочем коде с отключенными макросами assert.

Выполните упражнение 10.2.

Далее приведена программа assert.c, определяющая функцию, которая должна принимать положительное значение. Она защищает от ввода некорректного аргумента благодаря применению макроса assert.

После включения заголовочного файла assert.h и функции "квадратный корень", проверяющей положительное значение параметра, вы можете писать функцию main.

#include

#include

#include

#include

double my_sqrt(double x) {

assert(x >= 0.0);

return sqrt(x);

}

int main() {

printf("sqrt +2 = %g\n", my_sqrt(2.0));

printf("sqrt -2 = %g\n", my_sqrt(-2.0));

exit(0);

}

Теперь при выполнении программы вы увидите нарушение в макросе assertпри передаче некорректного значения. Точный формат сообщения о нарушении условия макроса assert в разных системах разный.

$ сс -о assert assert.с -lm

$ ./assert

sqrt +2 = 1.41421

assert: assert.c:7: my_sqrt: Assertion 'x >= 0.0' failed.

Aborted

$

Как это работает

Когда вы попытаетесь вызвать функцию my_sqrtс отрицательным числом, макрос assertдаст сбой. Он предоставляет файл и номер строки, в которой нарушено условие и само нарушенное условие. Программа завершается прерыванием abort. Это результат вызова abortмакросом assert.

Если вы перекомпилируете программу с опцией -DNDEBUG, макрос assertне компилируется, и вы получаете NaN(Not a Number, не число) — значение, указывающее на неверный результат при вызове функции sqrtиз функции my_sqrt.

$ cc -о assert -DNDEBUG assert.с -lm

$ ./assert

sqrt +2 = 1.41421

sqrt -2 = nan

$

Некоторые более старые версии математической библиотеки генерируют исключение для математической ошибки, и ваша программа будет остановлена с сообщением "Floating point exception" ("Исключение для числа с плавающей точкой") вместо возврата NaN.

Распределение динамической памяти — богатый источник ошибок, которые трудно выявить. Если вы пишете программу, применяющую функции mallocи freeдля распределения памяти, важно внимательно следить за блоками, которые вы выделяете, и быть уверенным в том, что не используется блок, который вы уже освободили.

Обычно блоки памяти выделяются функцией mallocи присваиваются переменным-указателям. Если переменная-указатель изменяется, и нет других указателей, указывающих на блок памяти, он становится недоступным. Это утечка памяти, вызывающая увеличение размера программы. Если вы потеряете большой объем памяти, скорость работы вашей системы, в конце концов, снизится, и система уйдет за пределы памяти.

Если вы записываете в область, расположенную после конца выделенного блока (или перед началом блока), вы с большой долей вероятности повредите структуры данных, используемые библиотекой malloc, следящей за распределением памяти. В этом случае в какой-то момент времени вызов mallocили даже freeприведет к нарушению сегментации, и ваша программа завершится аварийно. Определение точного места возникновения сбоя может оказаться очень трудной задачей, поскольку нарушение могло возникнуть задолго до события, вызвавшего аварийное завершение программы.

Неудивительно, что существуют коммерческие и бесплатные средства, способные помочь в решении проблем этих двух типов. Например, есть много разных версий функций mallocи free, которые содержат дополнительный код для проверки выделения и освобождения блоков памяти и пытаются учесть двойное освобождение блока и другие типы неправильного использования памяти.

Библиотека ElectricFence была разработана Брюсом Перенсом (Bruce Perens). Она доступна как необязательный компонент в некоторых дистрибутивах Linux, таких как Red Hat (Enterprise и Fedora), SUSE и openSUSE, и может быть легко найдена в Интернете. Это средство пытается применять виртуальную память системы Linux для защиты памяти, используемой функциями mallocи free, и аварийного останова программы в момент повреждения памяти.

Выполните упражнение 10.3.

Далее приведена программа efence.c, которая выделяет память с помощью функции mallocи пишет данные за концом выделенного блока. Познакомьтесь с ней и посмотрите, что произойдет.

#include

#include

int main() {

char *ptr = (char *)malloc(1024);

ptr[0] = 0;

/* Теперь пишет за пределы блока */

ptr[1024] = 0;

exit(0);

}

Когда вы откомпилируете и выполните программу, то не увидите некорректного поведения. Однако вероятно, что область памяти, выделенная malloc, повреждена, и вы, в конце концов, попадете в беду.

$ cc -о efence efence.с

$ ./efence

$

Тем не менее, если вы возьмете ту же самую программу и скомпонуйте ее с библиотекой ElectricFence (libefence.a), то получите немедленный отклик:

$ cc -о efence efence.с -lefence

$ ./efence

Electric Fence 2.2.0 Copyright (С) 1987-1999 Bruce Perens

Segmentation fault

$

Выполнение под контролем отладчика позволяет получить подробное описание проблемы;

$ cc -g -о efence efence.с -lefence

$ gdb efence

(gdb) run

Starting program: /home/neil/BLP4e/chapter10/efence

Electric Fence 2.2.0 Copyright (C) 1987-1999 Bruce Perens bruce@perens.com

Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.

[Switching to Thread 1024 (LWP 1869)]

0x08048512 in main () at efence.c:10

10 ptr[1024] = 0;

(gdb)

Как это работает

Библиотека ElectricFence заменяет функцию mallocи связанные с ней функции версиями, применяющими аппаратные средства виртуальной памяти для защиты от несанкционированного доступа к памяти. При возникновении подобного обращения к памяти порождается сигнал нарушения сегментации и программа останавливается.

Средство valgrindспособно обнаруживать многие из обсуждавшихся нами проблем (упражнение 10.4). Прежде всего, оно умеет находить ошибки доступа, к массиву и утечки памяти. Это средство, возможно, не включено в ваш дистрибутив Linux, но его можно найти на Web-сайте http://valgrind.org.

Для применения valgrindдаже не требуется перекомпиляции программы, и вы можете находить ошибки доступа к памяти в выполняющейся программе. Данное средство заслуживает внимания; оно применяется в основных разработках, включая среду KDE версии 3.