人人都写过的5个Bug！人人都写过的5个Bug！

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大家好，我是良许。
计算机专业的小伙伴，在学校期间一定学过 C 语言。它是众多高级语言的鼻祖，深入学习这门语言会对计算机原理、操作系统、内存管理等等底层相关的知识会有更深入的了解，所以我在直播的时候，多次强调大家一定要好好学习这门语言。
但是，即使是最有经验的程序员也会写出各种各样的 Bug。本文就盘点一下学习或使用 C 语言过程中，非常容易出现的 5 个 Bug，以及如何规避这些 Bug。
这篇文章主要面向初学者，老鸟可以忽略哈（其实不少老鸟依然还会犯这些低级错误哦）~
1. 变量未初始化当程序启动时，系统会给它自动分配一块内存，程序可以用它来存储数据。所以如果你在定义一个变量时，在未初始化的情况下，它的值有可能是任意的。
但这也不是绝对的，有些环境就会在程序启动时自动将内存「清零」，因此每个变量默认值都是零。考虑到可移植性，最好要将变量进行初始化，这是一名合格软件工程师应该养成的好习惯。
我们来看下下面这个使用几个变量和两个数组的示例程序：

#include #include int 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; }

这段程序没有对变量进行初始化，所以变量的值有可能是随机的，不一定是零。在我的电脑上它的运行结果如下：

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

从结果可以看出，i 和 j 的值刚好是 0，但 k 值为 32766。在 numbers 数组中，大多数元素也恰好是零，除了第三个（4199024）。
在不同的操作系统上编译这段相同的程序，运行的结果有可能又是不一样的。所以千万不要觉得你的结果就是正确唯一的，一定要考虑可移植性。
例如，这是在 FreeDOS 上运行的相同程序的结果：

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

可以看出来，运行的结果跟上面几乎是天差地别。所以，对变量进行初始化将为你省去很多不必要的麻烦，也便于将来的调试。
2. 数组越界在计算机世界里，都是从 0 开始计数，但总有人有意无意忘记这点。比如一个数组长度为 10 ，想要获取最后一个元素的值，总有人用 array[10] ……
别问，问就是我写过……
新手朋友犯这种低级错误特别多。我们来看下数组越界会发生什么。

#include #include int 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; }

请注意，程序初始化了数组 numbers 所有元素的值（0~4），但是越界读取了第 0~9 元素的值。可以看出来，前五个值是正确的，但之后鬼都不知道这些值会是什么：

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

所以大家在写代码过程中，一定要知道数组的边界。像这种数据读取的还好，如果一旦对这些内存进行写操作，直接就 core dump ！
3. 字符串溢出在 C 编程语言中，字符串是一组 char 值，也可以将其视为数组。因此，你也需要避免超出字符串的范围。如果超出，则称为字符串溢出。
为了测试字符串溢出，一种简单方法是使用 gets 函数读取数据。gets 函数非常危险，因为它不知道接收它的字符串中可以存储多少数据，只会天真地从用户那里读取数据。
如果用户输入字符串比较短那很好，但如果用户输入的值超过接收字符串的长度，则可能是灾难性的。
下面我们来演示一下这个现象：

#include #include int main() { char name[10]; /* Such as "Beijing" */ 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; }

在这段代码里，接收数组的长度为 10 ，所以当输入数据长度小于 10 的话，程序运行就没问题。
例如，输入城市 Beijing ，长度为 7 ：

var1 = 1; var2 = 2 Where do you live? Beijing is length 7 var1 = 1; var2 = 2 Ok

威尔士小镇 Llanfairpwllgwyngyllgogerychwyrndrobwllllantysiliogogogoch 是世界上名字最长的城市，这个字符串有 58 个字符，远远超出了 name 变量中可保留的 10 个字符。
如果输入这个字符串，其结果是程序运行内存的其它位置，比如 var1和var2 ，都有可能被波及：

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

在中止之前，程序使用长字符串覆盖内存的其他部分。请注意，var1 和 var2 不再是它们的起始值 1 和 2 。
所以我们需要使用更安全的方法来读取用户数据。例如，getline 函数就是一个不错的选择，它将分配足够大的内存来存储用户输入，因此用户不会因输入太长字符串而意外溢出。
4. 内存重复释放良好的 C 编程规则之一是，如果分配了内存，就一定要将其释放。
我们可以使用 malloc 函数为数组和字符串申请内存，系统将开辟一块内存并返回一个指向该内存起始地址的指针。内存使用完毕后，我们一定要记得使用 free 函数释放内存，然后系统将该内存标记为未使用。
但是，这个过程中，你只能调用 free 函数一次。如果你第二次调用 free 函数，将导致意外行为，而且可能会破坏你的程序。
下面我们举个简单的例子：

#include #include int 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"); }

运行此程序会导致第二次调用 free 函数时出现 core dump 错误：

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

那么怎么避免多次调用 free 函数呢？一个最简单的方法就是将 malloc 和 free 语句放在一个函数里。
如果你将 malloc 放在一个函数里，而将 free 放在另一个函数里，那么，在使用的过程中，如果逻辑设计不恰当，都有可能出现 free 被调用多次的情况。
5. 使用无效的文件指针文件是操作系统里一种非常常见的数据存储方式。例如，您可以将程序的配置信息存储在名为 config.dat 文件里，程序运行时，就可以调用这个文件，读取配置信息。
因此，从文件中读取数据的能力对所有程序员都很重要。但是，如果你要读取的文件不存在怎么办？
在 C 语言中，要读取文件一般是先使用 fopen 函数打开文件，然后该函数返回指向文件的流指针。
如果您要读取的文件不存在或您的程序无法读取，则 fopen 函数将返回 NULL 。在这种情况下，我们仍然对其进行操作，会发生什么情况？我们一起来看下：

#include int 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("<%c>", ch); }fclose(pfile); /* done */puts("Ok"); return 0; }

当你运行这个程序时，如果 FILE.TXT 这个文件不存在，那么 pfile 将返回 NULL。在这种情况下我们还对 pfile 进行写操作的话，会立刻导致 core dump ：

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

所以，我们要始终检查文件指针是否有效。例如，在调用 fopen 函数打开文件后，使用 if (pfile != NULL) 以确保指针是可以使用的。
小结再有经验的程序员都有可能犯错误，所以写代码的时候我们要严谨再严谨。但是，如果你养成一些良好的习惯，并添加一些额外的代码来检查这五种类型的错误，则可以避免严重的 C 编程错误。
上面介绍的 5 种常见错误，你都写过哪些 Bug 呢？留言跟大家交流哦，看看谁是 Bug 王！
最后，最近很多小伙伴找我要Linux学习路线图，于是我根据自己的经验，利用业余时间熬夜肝了一个月，整理了一份电子书。无论你是面试还是自我提升，相信都会对你有帮助！