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關(guān)于C語言大坑你知道嘛?

Q4MP_gh_c472c21 ? 來源:魚鷹談單片機(jī) ? 作者:魚鷹談單片機(jī) ? 2022-05-10 14:43 ? 次閱讀
在開發(fā)過程中,你是否會(huì)發(fā)出“基礎(chǔ)不牢,地動(dòng)山搖”的感慨?我相信,只要有經(jīng)驗(yàn)的工程師,應(yīng)該都有過。 魚鷹曾經(jīng)因?yàn)橐粋€(gè)很基礎(chǔ)的知識(shí),差點(diǎn)毀了整個(gè)項(xiàng)目,這不是危言聳聽。因?yàn)檫@個(gè)代碼用于整個(gè)系統(tǒng)自檢,一旦運(yùn)行出錯(cuò),整個(gè)系統(tǒng)就廢了。 為了不讓別人篡改魚鷹的代碼,魚鷹設(shè)計(jì)了多套機(jī)制,其中一個(gè)就是定時(shí)檢查關(guān)鍵代碼是否已執(zhí)行,如果有一次沒有執(zhí)行,那么系統(tǒng)進(jìn)入異常狀態(tài),這個(gè)功能類似窗口看門狗
uint16_trun_cnt, run_cnt_next;
void function1(){dosomething;run_cnt++; // 自加,表示該函數(shù)已執(zhí)行}int main(){while(1){function1();if(run_cnt!=run_cnt_next+1)//判斷兩個(gè)變量是否匹配{doerrorsome thing}run_cnt_next++;//這個(gè)位置也自加,表示這里已執(zhí)行}}

類似流程如上,當(dāng)時(shí)魚鷹為了減少變量空間,將計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)成了 uint16_t 類型,導(dǎo)致埋下了隱患。

這個(gè)流程乍一看沒有問題,因?yàn)?run_cnt比 run_cnt_next 先加,那么run_cnt_next + 1 應(yīng)該等于run_cnt,如果不相等,作錯(cuò)誤處理。

甚至短時(shí)間內(nèi)運(yùn)行不會(huì)有任何問題,除非 16 位溢出……

所以一個(gè)量產(chǎn)項(xiàng)目,任何一點(diǎn)改動(dòng),都可能需要長時(shí)間的穩(wěn)定測試,只有這樣才能確保系統(tǒng)穩(wěn)定性,不能認(rèn)為自己能力強(qiáng),寫的代碼不用測試就直接合并了。

原先魚鷹以為,這兩個(gè)變量都是 16 位,那么 + 1 的結(jié)果應(yīng)該也是16 位,最后比較時(shí),也是 16 位比較,這樣即使最終 16 位自加溢出了,結(jié)果也會(huì)是正確的。

if(run_cnt != run_cnt_next + 1) // 判斷兩個(gè)變量是否匹配{      do error some thing}

但你以為,終究是你以為。

實(shí)際上,因?yàn)槟愫?自加了,最終比較是按照 32 位進(jìn)行比較,而 run_cnt 受到變量位數(shù)限制,始終是16位的結(jié)果(但擴(kuò)展成 32 位比較,即高 16 位全是 0)

bca4b5e6-d016-11ec-bce3-dac502259ad0.png


這樣就會(huì)導(dǎo)致在溢出時(shí),兩者是不相等的。

比如上一次run_cnt 為0xFFFF 時(shí)(受位數(shù)限制,最大只能是這個(gè)),run_cnt_next 為 0xFFFE,此次結(jié)果比較即使按 32 位比較,也是沒有問題的,都是 0xFFFF。

但下一次運(yùn)行時(shí),run_cnt 自加,溢出變成 0,而run_cnt_next是 0xFFFF,再和 1 相加,因?yàn)楸容^會(huì)使用 32 位比較,所以此時(shí)結(jié)果是0x10000,最終導(dǎo)致兩者不相等(0 != 0x10000)。

那么,為什么會(huì)導(dǎo)致上面的問題呢?這里涉及到兩個(gè) C 語言基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn),估計(jì)大家以前都了解過,但估計(jì)沒有當(dāng)回事。

1、常量默認(rèn)為 int 型(但不一定是 32 bit ,和內(nèi)核和編譯器有關(guān),上面的+1 就是 int 型)

2、整型提升(詳細(xì)可網(wǎng)上查找)

因?yàn)閮蛇叺慕Y(jié)果類型不一致(+ 1 導(dǎo)致右邊結(jié)果成了 int 類型),所以最終按 int 型處理。最終導(dǎo)致溢出時(shí),結(jié)果判斷失敗。

我們可以通過匯編看出一些端倪:

bcba5a9a-d016-11ec-bce3-dac502259ad0.png

我們可以看到 r0+ 1 之后,直接和 r1 比較,也就是說,結(jié)果可能超過 0xFFFF,導(dǎo)致出錯(cuò)。

那么,怎么樣才可以保證結(jié)果為 16 位呢?

我們可以這樣處理:

if((uint16_t)run_cnt!=(uint16_t)(run_cnt_next+1))//強(qiáng)制轉(zhuǎn)化為16位比較{      do error some thing}

我們可通過匯編發(fā)現(xiàn),多了一條 UXTH 指令,用于把 16 位結(jié)果擴(kuò)展成 32 位(從這里我們也可以得出結(jié)論,結(jié)果比較總是 32 bit 比較)。

bcd775a8-d016-11ec-bce3-dac502259ad0.png

到此,分析結(jié)束!我們可以看到,為了解釋這么一條簡單的 C 語言語句,還是挺困難的事情。

END 審核編輯 :李倩

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原文標(biāo)題:這個(gè)C語言大坑,你見過沒?

文章出處:【微信號:gh_c472c2199c88,微信公眾號:嵌入式微處理器】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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