C語言編程中常見的五種錯誤及對應(yīng)解決方案
前言：
C 語言有時名聲不太好，因為它不像近期的編程語言(比如 Rust)那樣具有內(nèi)存安全性。但是通過額外的代碼，一些最常見和嚴重的 C 語言錯誤是可以避免的。
即使是最好的程序員也無法完全避免錯誤。這些錯誤可能會引入安全漏洞、導(dǎo)致程序崩潰或產(chǎn)生意外操作，具體影響要取決于程序的運行邏輯。
下文講解了可能影響應(yīng)用程序的五個錯誤以及避免它們的方法：
1. 未初始化的變量
程序啟動時，系統(tǒng)會為其分配一塊內(nèi)存以供存儲數(shù)據(jù)。這意味著程序啟動時，變量將獲得內(nèi)存中的一個隨機值。
有些編程環(huán)境會在程序啟動時特意將內(nèi)存“清零”，因此每個變量都得以有初始的零值。程序中的變量都以零值作為初始值，聽上去是很不錯的。但是在 C 編程規(guī)范中，系統(tǒng)并不會初始化變量。
看一下這個使用了若干變量和兩個數(shù)組的示例程序：
#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 = %d\n", i);
printf(" j = %d\n", j);
printf(" k = %d\n", k);
puts("This array is not initialized:");
for (i = 0; i < 5; 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 < 5; i++) {
printf(" array[%d] = %d\n", i, array[i]);
}
free(array);
}
/* done */
puts("Ok");
return 0;
}
這個程序不會初始化變量，所以變量以系統(tǒng)內(nèi)存中的隨機值作為初始值。在我的 Linux 系統(tǒng)上編譯和運行這個程序，會看到一些變量恰巧有“零”值，但其他變量并沒有：
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
很幸運，i 和 j 變量是從零值開始的，但 k 的起始值為 32766。在 numbers 數(shù)組中，大多數(shù)元素也恰好從零值開始，只有第三個元素的初始值為 4199024。
在不同的系統(tǒng)上編譯相同的程序，可以進一步顯示未初始化變量的危險性。不要誤以為“全世界都在運行 Linux”，你的程序很可能某天在其他平臺上運行。例如，下面是在 FreeDOS 上運行相同程序的結(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
永遠都要記得初始化程序的變量。如果你想讓變量將以零值作為初始值，請額外添加代碼將零分配給該變量。預(yù)先編好這些額外的代碼，這會有助于減少日后讓人頭疼的調(diào)試過程。
2. 數(shù)組越界
C 語言中，數(shù)組索引從零開始。這意味著對于長度為 10 的數(shù)組，索引是從 0 到 9;長度為 1000 的數(shù)組，索引則是從 0 到 999。
程序員有時會忘記這一點，他們從索引 1 開始引用數(shù)組，產(chǎn)生了“大小差一”off by one錯誤。在長度為 5 的數(shù)組中，程序員在索引“5”處使用的值，實際上并不是數(shù)組的第 5 個元素。相反，它是內(nèi)存中的一些其他值，根本與此數(shù)組無關(guān)。
這是一個數(shù)組越界的示例程序。該程序使用了一個只含有 5 個元素的數(shù)組，但卻引用了該范圍之外的數(shù)組元素：
#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] = %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 < 5; i++) {
array[i] = i;
}
/* oops, this goes beyond the array bounds: */
for (i = 0; i < 10; i++) {
printf(" array[%d] = %d\n", i, array[i]);
}
free(array);
}
/* done */
puts("Ok");
return 0;
}
可以看到，程序初始化了數(shù)組的所有值(從索引 0 到 4)，然后從索引 0 開始讀取，結(jié)尾是索引 9 而不是索引 4。前五個值是正確的，再后面的值會讓你不知所以：
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
引用數(shù)組時，始終要記得追蹤數(shù)組大小。將數(shù)組大小存儲在變量中;不要對數(shù)組大小進行硬編碼hard-code。否則，如果后期該標識符指向另一個不同大小的數(shù)組，卻忘記更改硬編碼的數(shù)組長度時，程序就可能會發(fā)生數(shù)組越界。
3. 字符串溢出
字符串只是特定類型的數(shù)組。在 C 語言中，字符串是一個由 char 類型值組成的數(shù)組，其中用一個零字符表示字符串的結(jié)尾。
因此，與數(shù)組一樣，要注意避免超出字符串的范圍。有時也稱之為 字符串溢出。
使用 gets 函數(shù)讀取數(shù)據(jù)是一種很容易發(fā)生字符串溢出的行為方式。gets 函數(shù)非常危險，因為它不知道在一個字符串中可以存儲多少數(shù)據(jù)，只會機械地從用戶那里讀取數(shù)據(jù)。如果用戶輸入像 foo 這樣的短字符串，不會發(fā)生意外;但是當用戶輸入的值超過字符串長度時，后果可能是災(zāi)難性的。
下面是一個使用 gets 函數(shù)讀取城市名稱的示例程序。在這個程序中，我還添加了一些未使用的變量，來展示字符串溢出對其他數(shù)據(jù)的影響：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int
main()
{
char name[10]; /* Such as "Chicago" */
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;
}
當你測試類似的短城市名稱時，該程序運行良好，例如伊利諾伊州的 Chicago 或北卡羅來納州的Raleigh：
var1 = 1; var2 = 2 Where do you live? Raleigh <Raleigh> is length 7 var1 = 1; var2 = 2 Ok
威爾士的小鎮(zhèn) Llanfairpwllgwyngyllgogerychwyrndrobwllllantysiliogogogoch 有著世界上最長的名字之一。這個字符串有 58 個字符，遠遠超出了 name 變量中保留的 10 個字符。結(jié)果，程序?qū)⒅荡鎯υ趦?nèi)存的其他區(qū)域，覆蓋了 var1 和 var2 的值：
var1 = 1; var2 = 2 Where do you live? Llanfairpwllgwyngyllgogerychwyrndrobwllllantysiliogogogoch <Llanfairpwllgwyngyllgogerychwyrndrobwllllantysiliogogogoch> is length 58 var1 = 2036821625; var2 = 2003266668 Ok Segmentation fault (core dumped)
在運行結(jié)束之前，程序會用長字符串覆蓋內(nèi)存的其他部分區(qū)域。注意，var1 和 var2 的值不再是起始的 1 和 2。
避免使用 gets 函數(shù)，改用更安全的方法來讀取用戶數(shù)據(jù)。例如，getline 函數(shù)會分配足夠的內(nèi)存來存儲用戶輸入，因此不會因輸入長值而發(fā)生意外的字符串溢出。
4. 重復(fù)釋放內(nèi)存
“分配的內(nèi)存要手動釋放”是良好的 C 語言編程原則之一。程序可以使用 malloc 函數(shù)為數(shù)組和字符串分配內(nèi)存，該函數(shù)會開辟一塊內(nèi)存，并返回一個指向內(nèi)存中起始地址的指針。之后，程序可以使用 free 函數(shù)釋放內(nèi)存，該函數(shù)會使用指針將內(nèi)存標記為未使用。
但是，你應(yīng)該只使用一次 free 函數(shù)。第二次調(diào)用 free 會導(dǎo)致意外的后果，可能會毀掉你的程序。下面是一個針對此點的簡短示例程序。程序分配了內(nèi)存，然后立即釋放了它。但為了模仿一個健忘但有條理的程序員，我在程序結(jié)束時又一次釋放了內(nèi)存，導(dǎo)致兩次釋放了相同的內(nèi)存：
#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");
}
運行這個程序會導(dǎo)致第二次使用 free 函數(shù)時出現(xiàn)戲劇性的失敗：
malloc an array ... malloc succeeded Free the array... Free the array... free(): double free detected in tcache 2 Aborted (core dumped)
要記得避免在數(shù)組或字符串上多次調(diào)用 free。將 malloc 和 free 函數(shù)定位在同一個函數(shù)中，這是避免重復(fù)釋放內(nèi)存的一種方法。
例如，一個紙牌游戲程序可能會在主函數(shù)中為一副牌分配內(nèi)存，然后在其他函數(shù)中使用這副牌來玩游戲。記得在主函數(shù)，而不是其他函數(shù)中釋放內(nèi)存。將 malloc 和 free 語句放在一起有助于避免多次釋放內(nèi)存。
5. 使用無效的文件指針
文件是一種便捷的數(shù)據(jù)存儲方式。例如，你可以將程序的配置數(shù)據(jù)存儲在 config.dat 文件中。Bash shell 會從用戶家目錄中的 .bash_profile 讀取初始化腳本。GNU Emacs 編輯器會尋找文件 .emacs 以從中確定起始值。而 Zoom 會議客戶端使用 zoomus.conf 文件讀取其程序配置。
所以，從文件中讀取數(shù)據(jù)的能力幾乎對所有程序都很重要。但是假如要讀取的文件不存在，會發(fā)生什么呢?
在 C 語言中讀取文件，首先要用 fopen 函數(shù)打開文件，該函數(shù)會返回指向文件的流指針。你可以結(jié)合其他函數(shù)，使用這個指針來讀取數(shù)據(jù)，例如 fgetc 會逐個字符地讀取文件。
如果要讀取的文件不存在或程序沒有讀取權(quán)限，fopen 函數(shù)會返回 NULL 作為文件指針，這表示文件指針無效。但是這里有一個示例程序，它機械地直接去讀取文件，不檢查 fopen 是否返回了 NULL：
#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;
}
當你運行這個程序時，第一次調(diào)用 fgetc 會失敗，程序會立即中止：
Open the FILE.TXT file ... Now display the contents of FILE.TXT ... Segmentation fault (core dumped)
始終檢查文件指針以確保其有效。例如，在調(diào)用 fopen 打開一個文件后，用類似 if (pfile != NULL) 的語句檢查指針，以確保指針是可以使用的。
人都會犯錯，最優(yōu)秀的程序員也會產(chǎn)生編程錯誤。但是，遵循上面這些準則，添加一些額外的代碼來檢查這五種類型的錯誤，就可以避免最嚴重的 C 語言編程錯誤。提前編寫幾行代碼來捕獲這些錯誤，可能會幫你節(jié)省數(shù)小時的調(diào)試時間。
到此這篇關(guān)于C語言編程中常見的五種錯誤及對應(yīng)解決方案的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C 語言編程常見錯誤及對應(yīng)解決方案內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
相關(guān)文章
C++ 中的移動語義和完美轉(zhuǎn)發(fā)是 C++11 引入的兩個重要特性,它們分別用于提高性能和靈活性,這篇文章主要介紹了c++中移動語義和完美轉(zhuǎn)發(fā),需要的朋友可以參考下2023-09-09
解析如何用指針實現(xiàn)整型數(shù)據(jù)的加法
本篇文章是對用指針實現(xiàn)整型數(shù)據(jù)加法的方法進行了詳細的分析介紹，需要的朋友參考下2013-05-05
一文帶你學(xué)習(xí)C++析構(gòu)函數(shù)
在C++中，析構(gòu)函數(shù)是一種特殊類型的成員函數(shù)，用于在對象生命周期結(jié)束時被自動調(diào)用，本文我們將介紹C++析構(gòu)函數(shù)的一些重要知識點，并提供相應(yīng)代碼示例，需要的朋友可以參考下2023-05-05
很多初學(xué)者都感覺右值引用晦澀難懂，其實不然。右值引用只不過是一種新的 C++ 語法，真正理解起來有難度的是基于右值引用引申出的2種 C++ 編程技巧，分別為移動語義和完美轉(zhuǎn)發(fā)。本節(jié)給讀者講解什么是右值引用以及它的基本用法。2021-06-06
這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于C++基于消息隊列的多線程實現(xiàn)的相關(guān)資料，文中通過示例代碼介紹的非常詳細，對大家學(xué)習(xí)或者使用C++具有一定的參考學(xué)習(xí)價值，需要的朋友們下面來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧2019-04-04
這篇文章主要為大家詳細介紹了QT生成隨機驗證碼的方法，文中示例代碼介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們可以參考一下2022-06-06
C++實現(xiàn)LeetCode(136.單獨的數(shù)字)
這篇文章主要介紹了C++實現(xiàn)LeetCode(136.單獨的數(shù)字),本篇文章通過簡要的案例,講解了該項技術(shù)的了解與使用,以下就是詳細內(nèi)容,需要的朋友可以參考下2021-07-07
這篇文章主要介紹了華為機試題之統(tǒng)計單詞個數(shù)實例代碼的相關(guān)資料,需要的朋友可以參考下2017-05-05
C++實現(xiàn)LeetCode(67.二進制數(shù)相加)
這篇文章主要介紹了C++實現(xiàn)LeetCode(67.二進制數(shù)相加),本篇文章通過簡要的案例,講解了該項技術(shù)的了解與使用,以下就是詳細內(nèi)容,需要的朋友可以參考下2021-07-07
下面我們將通過這個例子來說明引用的作為函數(shù)參數(shù)的使用方法。需要的朋友可以過來參考下，希望對大家有所幫助2013-10-10