Книга: Основы программирования в Linux
Программа с ошибками
Программа с ошибками
Давайте рассмотрим пример программы, содержащей ошибки. Читая данную главу, вы будете пробовать отладить эту программу. Она написана во время разработки большой программной системы. Ее задача — протестировать единственную функцию sort
, которая предназначена для реализации сортировки массива структур типа item
методом "пузырька". Элементы сортируются по возрастанию поля key
. Программа вызывает функцию sort
для сортировки контрольного примера, чтобы протестировать функцию. В реальной жизни вы никогда не стали бы обращаться к этому конкретному алгоритму из-за его очень низкой эффективности. Мы же применяем его, потому что он короткий, относительно простой и его легко превратить в неправильный. На самом деле в стандартной библиотеке языка С есть функция с именем qsort
, выполняющая эту задачу.
К сожалению, исходный код программы нелегко читается, в нем нет комментариев, и автор уже недоступен. Вам придется биться с ней самостоятельно, начиная с основной подпрограммы debug1.c.
/* 1 */ typedef struct {
/* 2 */ char *data;
/* 3 */ int key;
/* 4 */ } item;
/* 5 */
/* 6 */ item array[] = {
/* 7 */ {"bill", 3},
/* 8 */ {"neil", 4},
/* 9 */ {"john", 2},
/* 10 */ {"rick", 5},
/* 11 */ {"alex", 1},
/* 12 */ };
/* 13 */
/* 14 */ sort(a, n)
/* 15 */ item *a;
/* 16 */ {
/* 17 */ int i = 0, j = 0;
/* 18 */ int s = 1;
/* 19 */
/* 20 */ for(; i < n && s != 0; i++) {
/* 21 */ s = 0;
/* 22 */ for(j = 0; j < n; j++) {
/* 23 */ if(a[j].key > a[j + 1].key) {
/* 24 */ item t = a[j];
/* 25 */ a[j] = a[j+1];
/* 26 */ a[j+1] = t;
/* 27 */ s++;
/* 28 */ }
/* 29 */ }
/* 30 */ n--;
/* 31 */ }
/* 32 */ }
/* 33 */
/* 34 */ main()
/* 35 */ {
/* 36 */ sort(array,5);
/* 37 */ }
Теперь попытайтесь откомпилировать эту программу:
$ сс -о debug1 debug1.с
Она компилируется успешно без каких-либо сообщений об ошибках или предупреждений.
Прежде чем выполнять эту программу, вставьте фрагмент кода для вывода результата. В противном случае вы не будете знать, отработала ли программа. Вы добавите несколько дополнительных строк для отображения массива после сортировки. Назовите новую версию debug2.c.
/* 33 */ #include <stdio.h>
/* 34 */ main()
/* 35 */ {
/* 36 */ int i;
/* 37 */ sort(array, 5);
/* 38 */ for(i = 0; i < 5; i++)
/* 39 */ printf("array[3d] = (%s, %d)n",
/* 40 */ i, array[i].data, array[i].key);
/* 41 */ }
Этот дополнительный код, строго говоря, не является частью, позже добавленной программистом. Мы заставили вас добавить его только для тестирования программы. Следует быть очень внимательным, чтобы не внести новых ошибок в ваш тестовый код. Теперь снова откомпилируйте программу и на этот раз выполните ее:
$ cc -о debug2 debug2.с
$ ./debug2
Что произойдет, когда вы сделаете это, зависит от вашей версии Linux (или UNIX) и особенностей ее установки. В своих системах мы получили следующий результат:
array[0] = {john, 2}
array[1] = {alex, 1}
array[2] = {(null), -1}
array[3] = {bill, 3}
array[4] = {neil, 4}
В еще одной системе (запускающей другое ядро Linux) мы получили следующий вывод:
Segmentation fault
В вашей системе Linux вы увидите один из приведенных результатов или совсем другой. Мы рассчитывали получить приведенный далее вывод:
array[0] = {alex, 1}
array[1] = {john, 2}
array[2] = {bill, 3}
array[3] = {neil, 4}
array[4] = {rick, 5}
Ясно, что в данном программном коде есть серьезная ошибка. Он не выполняет сортировку корректно, если вообще работает, а если он завершается с ошибкой сегментации, то операционная система посылает сигнал программе, сообщая о том, что обнаружен несанкционированный доступ к памяти, и преждевременно завершает программу, чтобы не испортить данные в оперативной памяти.
Способность операционной системы обнаружить несанкционированный доступ к памяти зависит от настройки оборудования и некоторых тонкостей реализации системы управления памятью. В большинстве систем объем памяти, выделяемый программе операционной системой, больше реально используемого. Если несанкционированный доступ осуществляется к этому участку памяти, оборудование может не выявить несанкционированный доступ. Вот почему не все версии Linux и UNIX сгенерируют сигнал о нарушении сегментации.
Примечание
Некоторые библиотечные функции, такие как printf
, в определенных обстоятельствах также будут препятствовать некорректному доступу, например при использовании указателя null
.
Когда вы исследуете проблемы доступа к элементам массива, часто полезно увеличить размер этих элементов, поскольку это увеличит размер ошибки. Если вы читаете единственный байт за пределами массива байтов, это может вам сойти с рук, т.к. память, выделенная программе, будет округляться до величины, зависящей от операционной системы, возможно, равной 8 Кбайт.
Если вы увеличите размер элемента массива, заменив элемент типа item
массивом из 4096 символов, любое обращение к несуществующему элементу массива, возможно, окажется за пределами выделенной памяти. Каждый элемент массива равен 4 Кбайт, поэтому некорректно используемый участок памяти будет находиться за концом массива на расстоянии от 0 до 4 Кбайт.
Если мы внесем эту поправку, назвав результат debug3.c, то получим ошибку сегментации в версиях Linux обоих авторов.
/* 2 */ char data[4096];
$ сс -о debug3 debug3.с
$ ./debug3
Segmentation fault
Возможно, что какие-то варианты систем Linux или UNIX все еще не будут выдавать сообщение об ошибке сегментации. Когда стандарт ANSI С утверждает, что поведение не определено, на самом деле он разрешает программе делать все, что угодно. Это выглядит так, как будто мы написали не удовлетворяющую стандартам программу на языке С, и она может демонстрировать очень странное поведение! Как видите, изъян в программе переводит ее в категорию программ с непредсказуемым поведением.
- 7.6 Управление ошибками (stderr и exit)
- 13.2.2. Синхронизация доступа к ресурсам (mutex.rb)
- 1.6.12. Правило исправности: когда программа завершается аварийно, это должно происходить явно и по возможности быстро
- Совет 29 Научись проигрывать
- Программа «Тайный покупатель»
- Программа Victoria
- Подпрограмма обработки прерывания
- Магическая программа, или Беспорядок по расписанию
- Что делать, если вместо русских букв в программах – непонятные символы?
- Как называется программа, которая устанавливает Windows за 5 минут?
- Программа shmget
- Какая программа позволяет создавать документы формата PDF?