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飞龙 · 更新于 2018-09-22 17:00:39

练习4:Valgrind 介绍

现在是介绍另一个工具的时间了,在你学习C的过程中,你会时时刻刻用到它,它就是 Valgrind。我现在就向你介绍 Valgrind,是因为从现在开始你将会在“如何使它崩溃”一节中用到它。Valgrind是一个运行你的程序的程序,并且随后会报告所有你犯下的可怕错误。它是一款相当棒的自由软件,我在编写C代码时一直使用它。

回忆一下在上一章中,我让你移除printf的一个参数,来是你的代码崩溃。它打印出了一些奇怪的结果,但我病欸有告诉你为什么他会这样打印。这个练习中我们要使用Valgrind来搞清楚为什么。

这本书前面的几章在讲解一小段代码的东西,掺杂了一些必要的工具,它们在本书的剩余章节会用到。这样做的原因是,阅读这本书的大多数人都不熟悉编译语言,也必然不熟悉自动化的辅助工具。通过先让你懂得如何使用makeValgrind,我可以在后面使用它们更快地教你C语言,以及帮助你尽早找出所有的bug。

这一章之后我就不再介绍更多的工具了,每章的内容大部分是代码,以及少量的语法。然而,我也会提及少量工具,我们可以用它来真正了解发生了什么,以及更好地了解常见的错误和问题。

安装 Valgrind

你可以用OS上的包管理器来安装Valgrind,但是我想让你学习如何从源码安装程序。这涉及到下面几个步骤:

  • 下载源码的归档文件来获得源码
  • 解压归档文件,将文件提取到你的电脑上
  • 运行./configure来建立构建所需的配置
  • 运行make来构建源码,就像之前所做的那样
  • 运行sudo make install来将它安装到你的电脑

下面是执行以上步骤的脚本,我想让你复制它:

# 1) Download it (use wget if you don't have curl)
curl -O http://valgrind.org/downloads/valgrind-3.6.1.tar.bz2

# use md5sum to make sure it matches the one on the site
md5sum valgrind-3.6.1.tar.bz2

# 2) Unpack it.
tar -xjvf valgrind-3.6.1.tar.bz2

# cd into the newly created directory
cd valgrind-3.6.1

# 3) configure it
./configure

# 4) make it
make

# 5) install it (need root)
sudo make install

按照这份脚本,但是如果 Valgrind 有新的版本请更新它。如果它不能正常执行,也请试着深入研究原因。

使用 Valgrind

使用 Valgrind 十分简单,只要执行valgrind theprogram,它就会运行你的程序,随后打印出你的程序运行时出现的所有错误。在这个练习中,我们会崩溃在一个错误输出上,然后会修复它。

首先,这里有一个ex3.c的故意出错的版本,叫做ex4.c。出于练习目的,将它再次输入到文件中:

#include <stdio.h>

/* Warning: This program is wrong on purpose. */

int main()
{
    int age = 10;
    int height;

    printf("I am %d years old.\n");
    printf("I am %d inches tall.\n", height);

    return 0;
}

你会发现,除了两个经典的错误外,其余部分都相同:

  • 没有初始化height变量
  • 没有将age变量传入第一个printf函数

你会看到什么

现在我们像通常一样构建它,但是不要直接运行,而是使用Valgrind来运行它(见源码:"使用Valgrind构建并运行 ex4.c"):

$ make ex4
cc -Wall -g    ex4.c   -o ex4
ex4.c: In function 'main':
ex4.c:10: warning: too few arguments for format
ex4.c:7: warning: unused variable 'age'
ex4.c:11: warning: 'height' is used uninitialized in this function
$ valgrind ./ex4
==3082== Memcheck, a memory error detector
==3082== Copyright (C) 2002-2010, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.
==3082== Using Valgrind-3.6.0.SVN-Debian and LibVEX; rerun with -h for copyright info
==3082== Command: ./ex4
==3082== 
I am -16775432 years old.
==3082== Use of uninitialised value of size 8
==3082==    at 0x4E730EB: _itoa_word (_itoa.c:195)
==3082==    by 0x4E743D8: vfprintf (vfprintf.c:1613)
==3082==    by 0x4E7E6F9: printf (printf.c:35)
==3082==    by 0x40052B: main (ex4.c:11)
==3082== 
==3082== Conditional jump or move depends on uninitialised value(s)
==3082==    at 0x4E730F5: _itoa_word (_itoa.c:195)
==3082==    by 0x4E743D8: vfprintf (vfprintf.c:1613)
==3082==    by 0x4E7E6F9: printf (printf.c:35)
==3082==    by 0x40052B: main (ex4.c:11)
==3082== 
==3082== Conditional jump or move depends on uninitialised value(s)
==3082==    at 0x4E7633B: vfprintf (vfprintf.c:1613)
==3082==    by 0x4E7E6F9: printf (printf.c:35)
==3082==    by 0x40052B: main (ex4.c:11)
==3082== 
==3082== Conditional jump or move depends on uninitialised value(s)
==3082==    at 0x4E744C6: vfprintf (vfprintf.c:1613)
==3082==    by 0x4E7E6F9: printf (printf.c:35)
==3082==    by 0x40052B: main (ex4.c:11)
==3082== 
I am 0 inches tall.
==3082== 
==3082== HEAP SUMMARY:
==3082==     in use at exit: 0 bytes in 0 blocks
==3082==   total heap usage: 0 allocs, 0 frees, 0 bytes allocated
==3082== 
==3082== All heap blocks were freed -- no leaks are possible
==3082== 
==3082== For counts of detected and suppressed errors, rerun with: -v
==3082== Use --track-origins=yes to see where uninitialised values come from
==3082== ERROR SUMMARY: 4 errors from 4 contexts (suppressed: 4 from 4)
$

如果你运行了Valgrind,它显示一些类似于by 0x4052112: (below main) (libc-start.c:226)的东西,而不是main.c中的行号,你需要使用valgrind --track-origins=yes ./ex4命令来运行你的Valgrind。由于某些原因,valgrind的Debian和Ubuntu上的版本会这样,但是其它的不会。

上面那段输出非常长,因为Valgrind在明确地告诉你程序中的每个错误都在哪儿。让我们从开头逐行分析一下(行号在左边,你可以参照):

1

你执行了通常的make ex4来构建它。确保你看到的cc命令和它一样,并且带有-g选项,否则Valgrind的输出不会带上行号。

2~6

要注意编译器也会向你报告源码的错误,它警告你“向格式化函数传入了过少的变量”,因为你忘记包含age变量。

7

然后使用valgrind ./ex4来运行程序。

8

之后Valgrind变得十分奇怪,并向你报错:

  14~18

  在main (ex4.c:11)(意思是文件ex4.cmain函数的第11行)的那行中,有“大小为8的未初始化的值”。你通过查看错误找到了它,并且在它下面看到了“栈踪迹”。最开始看到的那行(ex4.c:11)在最下面,如果你不明白哪里出错了,你可以向上看,比如printf.c:35。通常最下面的一行最重要(这个例子中是第18行)。

  20~24

  下一个错误位于 main 函数中的 ex4.c:11Valgrind不喜欢这一行,它说的是一些 if 语句或者 while 循环基于一个未初始化的值,在这个例子中是height

  25~35

  剩下的错误都大同小异,因为这个值还在继续使用。

37~46

最后程序退出了,Valgrind显示出一份摘要,告诉你程序有多烂。

这段信息读起来会相当多,下面是你的处理方法:

  • 无论什么时候你运行C程序并且使它工作,都应该使用Valgrind重新运行它来检查。
  • 对于得到的每个错误,找到“源码:行数”提示的位置,然后修复它。你可以上网搜索错误信息,来弄清楚它的意思。
  • 一旦你的程序在Valgrind下不出现任何错误信息,应该就好了。你可能学会了如何编写代码的一些技巧。

在这个练习中我并不期待你马上完全掌握Valgrind,但是你应该安装并且学会如何快速使用它,以便我们将它用于后面的练习。

附加题

  • 按照上面的指导,使用Valgrind和编译器修复这个程序。
  • 在互联网上查询Valgrind相关的资料。
  • 下载另一个程序并手动构建它。尝试一些你已经使用,但从来没有手动构建的程序。
  • 看看Valgrind的源码是如何在目录下组织的,并且阅读它的Makefile文件。不要担心,这对我来说没有任何意义。
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