段错误总结

不念不忘少年蓝@ 2022-06-14 10:14 307阅读 0赞

Segment fault 之所以能够流行于世，是与Glibc库中基本所有的函数都默认型参指针为非空有着密切关系的。

来自:[温柔的暴力][Link 1]

背景  
  
    最近一段时间在linux下用C做一些学习和开发，但是由于经验不足，问题多多。而段错误就是让我非常头痛的一个问题。不过，目前写一个一千行左右的代码，也很少出现段错误，或者是即使出现了，也很容易找出来，并且处理掉。  
  
    那什么是段错误？段错误为什么是个麻烦事？以及怎么发现程序中的段错误以及如何避免发生段错误呢？  
  
    一方面为了给自己的学习做个总结，另一方面由于至今没有找到一个比较全面介绍这个虽然是“FREQUENTLY ASKED QUESTIONS”的问题，所以我来做个抛砖引玉吧。下面就从上面的几个问题出发来探讨一下“Segmentation faults"吧。  
  
目录  
  
1。什么是段错误？  
2。为什么段错误这么“麻烦”？  
3。编程中通常碰到段错误的地方有哪些？  
4。如何发现程序中的段错误并处理掉？  
  
正文  
  
1。什么是段错误？  
  
下面是来自Answers.com的定义：

另外，这里有个基本上对照的中文解释，来自[http://www.linux999.org/html\_sql/3/132559.htm][http_www.linux999.org_html_sql_3_132559.htm]

通过上面的解释，段错误应该就是访问了不可访问的内存，这个内存区要么是不存在的，要么是受到系统保护的。  
  
2。为什么段错误这么麻烦？  
  
中国linux论坛有一篇精华帖子《Segment fault 之永远的痛》([http://www.linuxforum.net/forum/gshowflat.php?Cat=&Board=program&Number=193239&page=2&view=collapsed&sb=5&o=all&fpart=1&vc=1][http_www.linuxforum.net_forum_gshowflat.php_Cat_Board_program_Number_193239_page_2_view_collapsed_sb_5_o_all_fpart_1_vc_1])  
在主题帖子里头，作者这么写道：

后面有好多网友都跟帖了，讨论了Segmentation faults为什么这么“痛”，尤其是对于服务器程序来说，是非常头痛的，为了提高效率，要尽量减少一些不必要的段错误的“判断和处理”，但是不检查又可能会存在段错误的隐患。  
  
    那么如何处理这个“麻烦”呢？  
    就像人不可能“完美”一样，由人创造的“计算机语言“同样没有“完美”的解决办法。  
    我们更好的解决办法也许是：  
  
    通过学习前人的经验和开发的工具，不断的尝试和研究，找出更恰当的方法来避免、发现并处理它。对于一些常见的地方，我们可以避免，对于一些“隐藏”的地方，我们要发现它，发现以后就要及时处理，避免留下隐患。  
  
    下面我们可以通过具体的实验来举出一些经常出现段错误的地方，然后再举例子来发现和找出这类错误藏身之处，最后处理掉。  
  
3。编程中通常碰到段错误的地方有哪些？  
  
为了进行下面的实验，我们需要准备两个工具，一个是gcc，一个是gdb  
我是在ubuntu下做的实验，安装这两个东西是比较简单的

好了，开始进入我们的实验，我们粗略的分一下类 
 
1）往受到系统保护的内存地址写数据 
 
    有些内存是内核占用的或者是其他程序正在使用，为了保证系统正常工作，所以会受到系统的保护，而不能任意访问。 
 
例子1： 
 
Code: 
**\#include <stdio.h>**

**int main()\{**

**   int i=0;**

**   scanf("%d",i);**

**   printf("%d\\n",i);**

**   return 0;**

**\}**

编译和执行一下

咋一看，好像没有问题哦，不就是读取一个数据然后给输出来吗？  
  
下面我们来调试一下，看看是什么原因？

<table style="border:1px solid silver; border-collapse:collapse; word-break:break-word; width:897px"> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="border:1px solid silver; border-collapse:collapse; padding:3px"> $ gcc -g -o segerr segerr.c&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;--加-g选项查看调试信息 $ gdb ./segerr (gdb) l&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;--用l(list)显示我们的源代码 1&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;＃i nclude &lt;stdio.h&gt; 2 3&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;int 4&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;main() 5&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;{ 6&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;int i = 0; 7 8&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;scanf ("%d", i);&nbsp; 9&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;printf ("%d\n", i); 10&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;return 0; (gdb) b 8&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;--用b(break)设置断点 Breakpoint 1 at 0x80483b7: file segerr.c, line 8. (gdb) p i&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;--用p(print)打印变量i的值[看到没，这里i的值是0哦] $1 = 0 (gdb) r&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;--用r(run)运行，直到断点处 Starting program: /home/falcon/temp/segerr Breakpoint 1, main () at segerr.c:8 8&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;scanf ("%d", i);&nbsp;&nbsp;--[试图往地址0处写进一个值] (gdb) n&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;--用n(next)执行下一步 10 Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault. 0xb7e9a1ca in _IO_vfscanf () from /lib/tls/i686/cmov/libc.so.6 (gdb) c&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;--在上面我们接收到了SIGSEGV,然后用c(continue)继续执行 Continuing. Program terminated with signal SIGSEGV, Segmentation fault. The program no longer exists. (gdb) quit&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;--退出gdb </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

果然  
我们“不小心”把&i写成了i  
而我们刚开始初始化了i为0,这样我们不是试图向内存地址0存放一个值吗？实际上很多情况下，你即使没有初始化为零，默认也可能是0，所以要特别注意。  
  
补充：  
可以通过man 7 signal查看SIGSEGV的信息。

例子2： 
 
Code: 
**\#include <stdio.h>**

**int main()\{**

**   char \*p;  **

**   p = NULL;  **

**   \*p = 'x';  **

**   printf("%c", \*p);  **

**   return 0;**

**\}**  
很容易发现，这个例子也是试图往内存地址0处写东西。  
  
这里我们通过gdb来查看段错误所在的行

2）内存越界(数组越界，变量类型不一致等) 
 
例子3： 
Code: 
**\#include <stdio.h>**

**int main()\{  **

**    char test\[1\];  **

**    printf("%c", test\[1000000000\]);  **

**    return 0;**

**\}** 
这里是比较极端的例子，但是有时候可能是会出现的，是个明显的数组越界的问题 
或者是这个地址是根本就不存在的 
 
例子4： 
Code: 
**\#include <stdio.h>**

** int main()\{**

**      int b = 10;**

**      printf("%s\\n", b);**

**      return 0;**

**\}**  
我们试图把一个整数按照字符串的方式输出出去，这是什么问题呢？  
由于还不熟悉调试动态链接库，所以  
我只是找到了printf的源代码的这里

仔 细看看，发现了这样一个问题，在打印字符串的时候，实际上是打印某个地址开始的所有字符，但是当你想把整数当字符串打印的时候，这个整数被当成了一个地 址，然后printf从这个地址开始去打印字符，直到某个位置上的值为\\0。所以，如果这个整数代表的地址不存在或者不可访问，自然也是访问了不该访问的 内存——segmentation fault。 
 
类似的，还有诸如：sprintf等的格式控制问题 
比如，试图把char型或者是int的按照%s输出或存放起来，如： 
Code: 
**\#include <stdio.h>**

**\#include <string.h>**

**  int main()\{**

**     char c='c';**

**     int i=10;**

**     char buf\[100\];**

**     printf("%s", c); //试图把char型按照字符串格式输出，这里的字符会解释成整数，**

**                           //再解释成地址，所以原因同上面那个例子**

**     printf("%s", i); //试图把int型按照字符串输出**

**     memset(buf, 0, 100);**

**     sprintf(buf, "%s", c);  试图把char型按照字符串格式转换**

**     memset(buf, 0, 100);**

**     sprintf(buf, "%s", i);//试图把int型按照字符串转换**

**\}** 
3）其他 
 
其实大概的原因都是一样的，就是段错误的定义。但是更多的容易出错的地方就要自己不断积累，不段发现，或者吸纳前人已经积累的经验，并且注意避免再次发生。 
 
例如： 
 
<1>定义了指针后记得初始化，在使用的时候记得判断是否为NULL 
<2>在使用数组的时候是否被初始化，数组下标是否越界，数组元素是否存在等 
<3>在变量处理的时候变量的格式控制是否合理等 
 
再举一个比较不错的例子： 
 
我在进行一个多线程编程的例子里头，定义了一个线程数组 
\#define THREAD\_MAX\_NUM 
pthread\_t thread\[THREAD\_MAX\_NUM\]; 
用pthread\_create创建了各个线程，然后用pthread\_join来等待线程的结束 
 
刚 开始我就直接等待，在创建线程都成功的时候，pthread\_join能够顺利等待各个线程结束，但是一旦创建线程失败，那用pthread\_join来 等待那个本不存在的线程时自然会存在访问不能访问的内存的情况，从而导致段错误的发生，后来，通过不断调试和思考，并且得到网络上资料的帮助，找到了上面 的原因和解决办法： 
 
在创建线程之前，先初始化我们的线程数组，在等待线程的结束的时候，判断线程是否为我们的初始值 
如果是的话，说明我们的线程并没有创建成功，所以就不能等拉。否则就会存在释放那些并不存在或者不可访问的内存空间。 
 
上面给出了很常见的几种出现段错误的地方，这样在遇到它们的时候就容易避免拉。但是人有时候肯定也会有疏忽的，甚至可能还是会经常出现上面的问题或者其他常见的问题，所以对于一些大型一点的程序，如何跟踪并找到程序中的段错误位置就是需要掌握的一门技巧拉。 
 
4。如何发现程序中的段错误？ 
 
有个网友对这个做了比较全面的总结，除了感谢他外，我把地址弄了过来。文章名字叫《段错误bug的调试》([http://www.cublog.cn/u/5251/showart.php?id=173718][http_www.cublog.cn_u_5251_showart.php_id_173718]),应该说是很全面的。 
 
而我常用的调试方法有： 
 
1）在程序内部的关键部位输出(printf)信息，那样可以跟踪 段错误 在代码中可能的位置 
 
为了方便使用这种调试方法，可以用条件编译指令\#ifdef DEBUG和\#endif把printf函数给包含起来，编译的时候加上-DDEBUG参数就可以查看调试信息。反之，不加上该参数进行调试就可以。 
 
2）用gdb来调试，在运行到段错误的地方，会自动停下来并显示出错的行和行号 
 
这 个应该是很常用的，如果需要用gdb调试，记得在编译的时候加上-g参数，用来显示调试信息,对于这个，网友在《段错误bug的调试》文章里创造性的使用 这样的方法，使得我们在执行程序的时候就可以动态扑获段错误可能出现的位置：通过扑获SIGSEGV信号来触发系统调用gdb来输出调试信息。如果加上上 面提到的条件编译，那我们就可以非常方便的进行段错误的调试拉。 
 
3）还有一个catchsegv命令 
通过查看帮助信息，可以看到

这个东西就是用来扑获段错误的，它通过动态加载器（ld-linux.so）的预加载机制（PRELOAD）把一个事先写好的库（/lib/libSegFault.so）加载上，用于捕捉断错误的出错信息。  
  
到这里，“初级总结篇”算是差不多完成拉。欢迎指出其中表达不当甚至错误的地方，先谢过!  
  
  
参考资料\[具体地址在上面的文章中都已经给出拉\]：  
  
1。段错误的定义  
Ansers.com  
[http://www.answers.com][http_www.answers.com]  
Definition of "Segmentation fault"  
[http://www.faqs.org/qa/qa-673.html][http_www.faqs.org_qa_qa-673.html]  
2。《什么是段错误》  
[http://www.linux999.org/html\_sql/3/132559.htm][http_www.linux999.org_html_sql_3_132559.htm]  
3。《Segment fault 之永远的痛》  
[http://www.linuxforum.net/forum/gshowflat.php?Cat=&Board=program&Number=193239&page=2&view=collapsed&sb=5&o=all&fpart=][http_www.linuxforum.net_forum_gshowflat.php_Cat_Board_program_Number_193239_page_2_view_collapsed_sb_5_o_all_fpart]  
4。《段错误bug的调试》  
[http://www.cublog.cn/u/5251/showart.php?id=173718][http_www.cublog.cn_u_5251_showart.php_id_173718]

[Link 1]: http://www.cnblogs.com/hello--the-world/archive/2012/05/31/2528326.html
[http_www.linux999.org_html_sql_3_132559.htm]: http://www.linux999.org/html_sql/3/132559.htm
[http_www.linuxforum.net_forum_gshowflat.php_Cat_Board_program_Number_193239_page_2_view_collapsed_sb_5_o_all_fpart_1_vc_1]: http://www.linuxforum.net/forum/gshowflat.php?Cat=&Board=program&Number=193239&page=2&view=collapsed&sb=5&o=all&fpart=1&vc=1
[http_www.cublog.cn_u_5251_showart.php_id_173718]: http://www.cublog.cn/u/5251/showart.php?id=173718
[http_www.answers.com]: http://www.answers.com/
[http_www.faqs.org_qa_qa-673.html]: http://www.faqs.org/qa/qa-673.html
[http_www.linuxforum.net_forum_gshowflat.php_Cat_Board_program_Number_193239_page_2_view_collapsed_sb_5_o_all_fpart]: http://www.linuxforum.net/forum/gshowflat.php?Cat=&Board=program&Number=193239&page=2&view=collapsed&sb=5&o=all&fpart=