C/C++中的段错误(Segmentation fault)

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:http://oss.lzu.edu.cn/blog/article.php?uid_7/tid_700.html#comment

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

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)
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？

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),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

1。段错误的定义
Ansers.com
http://www.answers.com
Definition of "Segmentation fault"
http://www.faqs.org/qa/qa-673.html
2。《什么是段错误》
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=
4。《段错误bug的调试》
http://www.cublog.cn/u/5251/showart.php?id=173718