c語言程式設計常見錯誤集錦（c語言常見錯誤總結）

2023-04-10 06:54:45

你寫的程式老是提示：陣列越界？變數未初始化？字串溢位？那麼巧了！

即使是最好的程式設計師也無法完全避免錯誤。這些錯誤可能會引入安全漏洞、導致程式崩潰或產生意外操作，具體影響要取決於程式的執行邏輯。

C 語言有時名聲不太好，因為它不像近期的程式語言（比如 Rust）那樣具有記憶體安全性。但是通過額外的程式碼，一些最常見和嚴重的 C 語言錯誤是可以避免的。下文講解了可能影響應用程式的五個錯誤以及避免它們的方法：

1、未初始化的變數

程式啟動時，系統會為其分配一塊記憶體以供儲存資料。這意味著程式啟動時，變數將獲得記憶體中的一個隨機值。

有些程式設計環境會在程式啟動時特意將記憶體“清零”，因此每個變數都得有初始的零值。程式中的變數都以零值作為初始值，聽上去是很不錯的。但是在 C 程式設計規範中，系統並不會出現初始化變數。

看一下這個使用了若干變數和兩個陣列的示例程式：

#include#includeint 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; }

這個程式不會初始化變數，所以變數以系統記憶體中的隨機值作為初始值。在我的 Linux 系統上編譯和執行這個程式，會看到一些變數恰巧有“零”值，但其他變數並沒有：

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變數是從零值開始的，但k的起始值為 32766。在numbers陣列中，大多數元素也恰好從零值開始，只有第三個元素的初始值為 4199024。

在不同的系統上編譯相同的程式，可以進一步顯示未初始化變數的危險性。不要誤以為“全世界都在執行 Linux”，你的程式很可能某天在其他平臺上執行。例如，下面是在 FreeDOS 上執行相同程式的結果：

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式的變數。如果你想讓變數將以零值作為初始值，請額外新增程式碼將零分配給該變數。預先編好這些額外的程式碼，這會有助於減少日後讓人頭疼的除錯過程。

2、陣列越界

C 語言中，陣列索引從零開始。這意味著對於長度為 10 的陣列，索引是從 0 到 9；長度為 1000 的陣列，索引則是從 0 到 999。

程式設計師有時會忘記這一點，他們從索引 1 開始引用陣列，產生了“大小差一”off by one錯誤。在長度為 5 陣列中，程式設計師在索引“5”處使用的值，實際上並不是陣列的第 5 個元素。相反，它是記憶體中的一些其他值，根本與此陣列無關。

這是一個陣列越界的示例程式。該程式使用了一個只含有 5 個元素的陣列，但卻引用了該範圍之外的陣列元素：

#include#includeint 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，程式初始化了陣列的所有值（從索引 0 到 4），然後重新索引 0 開始讀取，結尾是索引 9 而不是索引 4。前五個值是正確的，再後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

引用陣列時，始終要記得追蹤陣列大小。將陣列大小儲存在變數中；不要對陣列大小進行硬編碼hard-code。否則，如果後期該識別符號指向另一個不同大小的陣列，卻忘記更改硬編碼的陣列長度時，程式就可能會發生陣列越界。

3、字串溢位

字串只是特定型別的陣列。在 C 語言中，字串是一個由char型別值組成的陣列，其中用一個零字元表示字串的結尾。

因此，與陣列一樣，要注意避免超出字串的範圍。有時也稱之為字串溢位。

使用gets函式讀取資料是一種很容易發生字串溢位的行為方式。gets函式非常危險，因為它不知道在一個字串中可以儲存多少資料，只會機械地從使用者那裡讀取資料。如果使用者輸入像foo這樣的短字串，不會發生意外；但是當使用者輸入的值超過字串長度時，後果可能是災難性的。

下面是一個使用gets函式讀取城市名稱的示例程式。在這個程式中，我還新增了一些未使用的變數，來展示字串溢位對其他資料的影響：

#include#includeint 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(" 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，該程式執行良好，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? Raleighis length 7 var1 = 1; var2 = 2 Ok

威爾士的小鎮
Llanfairpwllgwyngyllgogerychwyrndrobwllllantysiliogogogoch 有著世界上最長的名字之一。這個字串有 58 個字元，遠遠超出了 name 變數中保留的 10 個字元。結果，程式將值儲存在記憶體的其他區域，覆蓋了 var1 和 var2 的值：

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

在執行結束之前，程式會用長字串覆蓋記憶體的其他部分割槽域。注意，var1和var2的值不再是起始的1和2。

避免使用gets函式，改用更安全的方法來讀取使用者資料。例如，getline函式會分配足夠的記憶體來儲存使用者輸入，因此不會因輸入長值而發生意外的字串溢位。

4、重複釋放記憶體

“分配的記憶體要手動釋放”是良好的 C 語言程式設計原則之一。程式可以使用malloc函式為陣列和字串分配記憶體，該函式會開闢一塊記憶體，並返回一個指向記憶體中起始地址的指標。之後，程式可以使用free函式釋放記憶體，該函式會使用指標將記憶體標記為未使用。

但是，你應該只使用一次free函式。第二次呼叫free會導致意外的後果，可能會毀掉你的程式。下面是一個針對此點的簡短示例程式。程式分配了記憶體，然後立即釋放了它。但為了模仿一個健忘但有條理的程式設計師，我在程式結束時又一次釋放了記憶體，導致兩次釋放了相同的記憶體：

#include#includeint 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"); }

執行這個程式會導致第二次使用 free 函式時出現戲劇性的失敗：

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

要記得避免在陣列或字串上多次呼叫free。將malloc和free函式定位在同一個函式中，這是避免重複釋放記憶體的一種方法。

例如，一個紙牌遊戲程式可能會在主函式中為一副牌分配記憶體，然後在其他函式中使用這副牌來玩遊戲。記得在主函式，而不是其他函式中釋放記憶體。將malloc和free語句放在一起有助於避免多次釋放記憶體。

5、使用無效的檔案指標

檔案是一種便捷的資料儲存方式。例如，你可以將程式的配置資料儲存在config.dat檔案中。Bash shell 會從使用者家目錄中的.bash_profile讀取初始化指令碼。GNU Emacs 編輯器會尋找檔案.emacs以從中確定起始值。而 Zoom 會議客戶端使用zoomus.conf檔案讀取其程式配置。

所以，從檔案中讀取資料的能力幾乎對所有程式都很重要。但是假如要讀取的檔案不存在，會發生什麼呢？

在 C 語言中讀取檔案，首先要用fopen函式開啟檔案，該函式會返回指向檔案的流指標。你可以結合其他函式，使用這個指標來讀取資料，例如fgetc會逐個字元地讀取檔案。

如果要讀取的檔案不存在或程式沒有讀取許可權，fopen函式會返回NULL作為檔案指標，這表示檔案指標無效。但是這裡有一個示例程式，它機械地直接去讀取檔案，不檢查fopen是否返回了NULL：

#includeint 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("", ch); } fclose(pfile); /* done */ puts("Ok"); return 0; }

當你執行這個程式時，第一次呼叫 fgetc 會失敗，程式會立即終止：

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

始終檢查檔案指標以確保其有效。例如，在呼叫fopen開啟一個檔案後，用類似if (pfile != NULL)的語句檢查指標，以確保指標是可以使用的。

人都會犯錯，最優秀的程式設計師也會產生程式設計錯誤。但是，遵循上面這些準則，新增一些額外的程式碼來檢查這五種型別的錯誤，就可以避免最嚴重的 C 語言程式設計錯誤。提前編寫幾行程式碼來捕獲這些錯誤，可能會幫你節省數小時的除錯時間。

via:https://opensource.com/article/21/10/programming-bugs
作者：Jim Hall，本文由LCTT原創編譯，Linux中國榮譽推出

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