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、導致程序崩潰或產生意外操作，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，系統會為其分配一塊內存以供存儲數據。這意味著程序啟動時，變量將獲得內存中的一個隨機值。
有些編程環境會在程序啟動時特意將內存“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 編程規范中，系統并不會初始化變量。
看一下這個使用了若干變量和兩個數組的示例程序：
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#include <stdio.h> #include <stdlib.h> intmain() { 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，所以變量以系統內存中的隨機值作為初始值。在我的 Linux 系統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：
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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 數組中，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果：
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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試過程。
2. 數組越界
C 語言中，數組索引從零開始。這意味著對于長度為 10 的數組，索引是從 0 到 9;長度為 1000 的數組，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 開始引用數組，產生了“大小差一”off by one錯誤。在長度為 5 的數組中，程序員在索引“5”處使用的值，實際上并不是數組的第 5 個元素。相反，它是內存中的一些其他值，根本與此數組無關。
這是一個數組越界的示例程序。該程序使用了一個只含有 5 個元素的數組，但卻引用了該范圍之外的數組元素：
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#include <stdio.h> #include <stdlib.h> intmain() { 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，程序初始化了數組的所有值(從索引 0 到 4)，然后從索引 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，再后面的值會讓你不知所以：
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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 |
引用數組時，始終要記得追蹤數組大小。將數組大小存儲在變量中;不要對數組大小進行硬編碼hard-code。否則，如果后期該標識符指向另一個不同大小的數組，卻忘記更改硬編碼的數組長度時，程序就可能會發生數組越界。
3. 字符串溢出
字符串只是特定類型的數組。在 C 語言中，字符串是一個由 char 類型值組成的數組，其中用一個零字符表示字符串的結尾。
因此，與數組一樣，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 函數讀取數據是一種很容易發生字符串溢出的行為方式。gets 函數非常危險，因為它不知道在一個字符串中可以存儲多少數據，只會機械地從用戶那里讀取數據。如果用戶輸入像 foo 這樣的短字符串，不會發生意外;但是當用戶輸入的值超過字符串長度時，后果可能是災難性的。
下面是一個使用 gets 函數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據的影響：
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#include <stdio.h> #include <string.h> intmain() { 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：
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var1 = 1; var2 = 2 Where do you live? Raleigh <Raleigh> is 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。這個字符串有 58 個字符，遠遠超出了 name 變量中保留的 10 個字符。結果，程序將值存儲在內存的其他區域，覆蓋了 var1 和 var2 的值：
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var1 = 1; var2 = 2 Where do you live? Llanfairpwllgwyngyllgogerychwyrndrobwllllantysiliogogogoch <Llanfairpwllgwyngyllgogerychwyrndrobwllllantysiliogogogoch> is length 58 var1 = 2036821625; var2 = 2003266668 Ok Segmentation fault (core dumped) |
在運行結束之前，程序會用長字符串覆蓋內存的其他部分區域。注意，var1 和 var2 的值不再是起始的 1 和 2。
避免使用 gets 函數，改用更安全的方法來讀取用戶數據。例如，getline 函數會分配足夠的內存來存儲用戶輸入，因此不會因輸入長值而發生意外的字符串溢出。
4. 重復釋放內存
“分配的內存要手動釋放”是良好的 C 語言編程原則之一。程序可以使用 malloc 函數為數組和字符串分配內存，該函數會開辟一塊內存，并返回一個指向內存中起始地址的指針。之后，程序可以使用 free 函數釋放內存，該函數會使用指針將內存標記為未使用。
但是，你應該只使用一次 free 函數。第二次調用 free 會導致意外的后果，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，我在程序結束時又一次釋放了內存，導致兩次釋放了相同的內存：
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#include <stdio.h> #include <stdlib.h> intmain() { 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"); } |
運行這個程序會導致第二次使用 free 函數時出現戲劇性的失敗：
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malloc an array ... malloc succeeded Free the array... Free the array... free(): double free detected in tcache 2 Aborted (core dumped) |
要記得避免在數組或字符串上多次調用 free。將 malloc 和 free 函數定位在同一個函數中，這是避免重復釋放內存的一種方法。
例如，一個紙牌游戲程序可能會在主函數中為一副牌分配內存，然后在其他函數中使用這副牌來玩游戲。記得在主函數，而不是其他函數中釋放內存。將 malloc 和 free 語句放在一起有助于避免多次釋放內存。
5. 使用無效的文件指針
文件是一種便捷的數據存儲方式。例如，你可以將程序的配置數據存儲在 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，從文件中讀取數據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，會發生什么呢?
在 C 語言中讀取文件，首先要用 fopen 函數打開文件，該函數會返回指向文件的流指針。你可以結合其他函數，使用這個指針來讀取數據，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限，fopen 函數會返回 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：
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#include <stdio.h> intmain() { 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，第一次調用 fgetc 會失敗，程序會立即中止：
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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，最優秀的程序員也會產生編程錯誤。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，可能會幫你節省數小時的調試時間。
到此這篇關于C語言編程中常見的五種錯誤及對應解決方案的文章就介紹到這了,更多相關C 語言編程常見錯誤及對應解決方案內容請搜索服務器之家以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持服務器之家！
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