【发布时间】：2014-08-08 16:11:42
【问题描述】：
考虑在 C 中为一些不太明显的算法编写实现。例如，让它成为递归快速排序，我在 KN King 的“C Programming: A Modern Approach, 2nd Edition”一书中发现，它可以从 @ 获得987654321@。最有趣的部分包括以下两个定义：
void quicksort(int a[], int low, int high)
{
int middle;
if (low >= high)
return;
middle = split(a, low, high);
quicksort(a, low, middle - 1);
quicksort(a, middle + 1, high);
}
int split(int a[], int low, int high)
{
int part_element = a[low];
for (;;) {
while (low < high && part_element <= a[high])
high--;
if (low >= high)
break;
a[low++] = a[high];
while (low < high && a[low] <= part_element)
low++;
if (low >= high)
break;
a[high--] = a[low];
}
a[high] = part_element;
return high;
}
两个while 循环都可以通过删除low < high 测试来优化：
for (;;) {
while (part_element < a[high])
high--;
if (low >= high)
break;
a[low++] = a[high];
a[high] = part_element;
while (a[low] <= part_element)
low++;
if (low >= high)
break;
a[high--] = a[low];
a[low] = part_element;
}
确保每次访问或写入数组（分配在 stack 上）实际上是有效的（即不会引发未定义的行为）的推荐方法是什么？我已经尝试过的是：
- 使用
gdb手动调试一些实际数据 - 将源代码传递给
split或cppcheck等静态分析工具 -
valgrind与--tool=exp-sgcheck开关
例如有五个元素的数组{8, 1, 2, 3, 4}:
#define N 5
int main(void)
{
int a[N] = {8, 1, 2, 3, 4}, i;
quicksort(a, 0, N - 1);
printf("After sort:");
for (i = 0; i < N; i++)
printf(" %d", a[i]);
putchar('\n');
return 0;
}
结果是（当然它取决于实现）：
After sort: 1 1 2 4 8
1。 GDB
(gdb) p low
$1 = 3
(gdb) p high
$2 = 4
(gdb) p a[low]
$3 = 1
(gdb) p part_element
$4 = 8
(gdb) s
47 low++;
(gdb) s
46 while (a[low] <= part_element)
(gdb) s
47 low++;
(gdb) s
46 while (a[low] <= part_element)
(gdb) p low
$5 = 5
(gdb) p high
$6 = 4
(gdb) bt full
#0 split (a=0x7fffffffe140, low=5, high=4) at qsort.c:46
part_element = 8
#1 0x00000000004005df in quicksort (a=0x7fffffffe140, low=0, high=4) at qsort.c:30
middle = <value optimized out>
#2 0x0000000000400656 in main () at qsort.c:14
a = {4, 1, 2, 1, 8}
i = <value optimized out>
如您所见，low 变量超出了边界：
(gdb) p low
$5 = 5
2。静态分析工具
$ splint -retvalint -exportlocal qsort.c
Splint 3.1.2 --- 07 Feb 2011
Finished checking --- no warnings
$ cppcheck qsort.c
Checking qsort.c...
3。 Valgrind 与--tool=exp-sgcheck
$ valgrind --tool=exp-sgcheck ./a.out
==5480== exp-sgcheck, a stack and global array overrun detector
==5480== NOTE: This is an Experimental-Class Valgrind Tool
==5480== Copyright (C) 2003-2012, and GNU GPL'd, by OpenWorks Ltd et al.
==5480== Using Valgrind-3.8.1 and LibVEX; rerun with -h for copyright info
==5480== Command: ./a.out
==5480==
==5480== Invalid read of size 4
==5480== at 0x4005A0: split (qsort.c:46)
==5480== by 0x4005DE: quicksort (qsort.c:30)
==5480== by 0x400655: main (qsort.c:14)
==5480== Address 0x7ff000114 expected vs actual:
==5480== Expected: stack array "a" of size 20 in frame 2 back from here
==5480== Actual: unknown
==5480== Actual: is 0 after Expected
==5480==
After sort: 1 1 2 4 8
==5480==
==5480== ERROR SUMMARY: 1 errors from 1 contexts (suppressed: 0 from 0)
at 0x4005A0: split (qsort.c:46) 的位置与我手动通过gdb 找到的位置匹配。
【问题讨论】：
-
我通常依靠 valgrind 来调试内存问题。
-
电围栏（-lefence）也可以帮助解决这个问题
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Valgrind 对动态内存非常有帮助（我几乎可以肯定它会保证在这里找到每一个非法内存操作），但是对于堆栈，它就不那么明显了。尽管如此，我认为它是最好的工具，尽管它并不总是能找到问题。
gcc的-fstack-protector-all有时也会提供帮助，而且成本很低。 -
谢谢凯尔塔。我在Valgrind's documentation 中发现对于堆栈数组我需要使用
exp-sgcheck，这仍然是实验性的。我知道 C 不提供数组绑定检查，而且在将数组传递给函数sizeof之后，信息丢失了，因此追踪它并非易事。除此之外，我认为静态代码分析工具在这里也很有用。
标签： c gdb cppcheck splint memcheck