Марк Митчелл - Программирование для Linux. Профессиональный подход

Попробуем скомпилировать программу "Hello, World", представленную в листинге А.1.

main() {

printf("Hello, world.\n");

}

Будучи вызванным без флагов, компилятор не выдаст никаких предупреждений, хотя программа не соответствует стандарту ANSI Если же включить флаги -Wallи -pedantic, то обнаружатся три спорные конструкции:

% gcc -Wall -pedantic hello.c

hello.c:2: warning: return type defaults to 'int'

hello.c: In function 'main':

hello.c:3: warning: implicit declaration of function 'printf'

hello.c:4: warning: control reaches end of non-void function

Компилятор сообщает о следующих проблемах:

■ не указан тип возвращаемого значения функции main();

■ функция printf()не объявлена, так как файл не включен в программу;

■ функция main(), которая неявно возвращает значение типа int, не содержит инструкцию return.

Анализ исходных текстов программы не позволяет выявить все возможные ошибки и неэффективные конструкции. В следующем разделе описываются четыре средства поиска ошибок при работе с динамической памятью. В конце приложения будет рассказано о том, как анализировать время работы программы с помощью утилиты-профайлера gprof.

При написании программы зачастую неизвестно, сколько памяти потребуется ей во время выполнения. Например, строка, читаемая из файла, может иметь любую длину. Работа с динамической памятью осуществляется посредством функций malloc(), free()и их вариантов. Следует придерживаться таких правил:

■ число запросов на выделение памяти (вызовов функции malloc()) должно в точности совпадать с чистом запросов на освобождение памяти (вызовов функции free());

■ операции чтения и записи динамической памяти должны выполняться в рамках выделенной области, не выходя за ее пределы;

■ к выделенной области нельзя обращаться после того, как она была освобождена.

Выделение и освобождение динамической памяти происходят на этапе выполнения программы, поэтому статический анализ исходных текстов редко позволяет выявить недочеты. Утилиты проверки памяти сначала загружают программу, а затем определяют, нарушаются ли перечисленные выше правила. Выявляются следующие ошибки:

■ чтение памяти до того, как она была выделена;

■ запись в память до того, как она была выделена;

■ чтение данных по адресу, предшествующему началу выделенной области;

■ запись данных по адресу, предшествующему началу выделенной области;

■ чтение данных по адресу, стоящее после выделенной области;

■ запись данных по адресу, стоящему после выделенной области;

■ чтение памяти после того, как она была освобождена;

■ запись в память после того, как она была освобождена;

■ неудачная попытка освободить выделенную память;

■ попытка повторно освободить ту же самую область памяти;

■ попытка освободить память, которая не была выделена.

Полезно также предупреждать о выделениях областей размером 0 байтов, так как это обычно свидетельствует об ошибке программиста.

В табл. А.1 описаны возможности четырех диагностических средств. К сожалению, ни одно из них не выявляет все возможные ошибки. Кроме того, ни одно средство не позволяет обнаруживать попытки чтения или записи памяти до того, как она была выделена, хотя такая попытка наверняка приведет к нарушению сегментации. Обнаруживаются те ошибки, которые действительно происходят в процессе работы программы. Если передать программе такие входные данные, что выделять память не понадобится, ошибки обращения к памяти не будут найдены. Для максимально тщательной проверки программы рекомендуется передавать ей самые разные входные данные, чтобы протестировать все возможные пути ее выполнения. Желательно также тестировать программу всеми имеющимися средствами.

Таблица А.1. Возможности средств проверки динамической памяти (X — обнаружение, О — обнаружение в некоторых случаях):

Программа malloc-use, приведенная в листинге А.2, позволяет тестировать операции выделения, освобождения и обращения к памяти. Единственный аргумент командной строки задает максимальное число выделяемых буферов. Например, по команде malloc-use 12будет создан массив Аиз двенадцати пустых указателей. Программа принимает пять разных команд.

■ Если ввести a i b , для элемента массива А[ i ]будет выделено bбайтов. Индекс i должен быть неотрицательным числом, меньшим, чем аргумент командной строки. Число байтов также должно быть неотрицательным.

■ Если ввести d i , будет удален буфер A[ i ].

■ Если ввести r i p , из буфера A[ i ]будет прочитан p -й символ ( A[ i ][ p ]). Значение p должно быть целым.

■ Если ввести w i p , в позицию p буфера A[ i ]будет записан символ.

■ Для завершения работы программы введите q.

Прежде чем привести исходный текст программы, опишем, как работать с ней.

Функции выделения и освобождения памяти, имеющиеся в GNU-библиотеке языка С, способны обнаруживать факт записи в память до начала выделенной области, а также попытку освободить одну и ту же область дважды. Если задать переменную среды MALLOC_CHECK_равной 2, программа malloc-useаварийно завершит работу в случае выявления такого рода ошибки. Подобное изменение поведения не требует перекомпиляции программы.