大家好，我是良許。
計算機專業的小夥伴，在學校期間一定學過 C 語言。它是眾多高階語言的鼻祖，深入學習這門語言會對計算機原理、作業系統、記憶體管理等等底層相關的知識會有更深入的瞭解，所以我在直播的時候，多次強調大家一定要好好學習這門語言。
但是，即使是最有經驗的程式設計師也會寫出各種各樣的 Bug。本文就盤點一下學習或使用 C 語言過程中，非常容易出現的 5 個 Bug，以及如何規避這些 Bug。
這篇文章主要面向初學者，老鳥可以忽略哈（其實不少老鳥依然還會犯這些低階錯誤哦）~
1. 變數未初始化
當程式啟動時，系統會給它自動分配一塊記憶體，程式可以用它來儲存資料。所以如果你在定義一個變數時，在未初始化的情況下，它的值有可能是任意的。
但這也不是絕對的，有些環境就會在程式啟動時自動將記憶體「清零」，因此每個變數預設值都是零。考慮到可移植性，最好要將變數進行初始化，這是一名合格軟體工程師應該養成的好習慣。
我們來看下下面這個使用幾個變數和兩個陣列的示例程式：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
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;
}這段程式沒有對變數進行初始化，所以變數的值有可能是隨機的，不一定是零。在我的電腦上它的執行結果如下 ：
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從結果可以看出，i 和 j 的值剛好是 0，但 k 值為 32766。 在 numbers 陣列中，大多數元素也恰好是零，除了第三個（4199024）。
在不同的作業系統上編譯這段相同的程式，執行的結果有可能又是不一樣的。所以千萬不要覺得你的結果就是正確唯一的，一定要考慮可移植性。
例如，這是在 FreeDOS 上執行的相同程式的結果：
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可以看出來，執行的結果跟上面幾乎是天差地別。所以，對變數進行初始化將為你省去很多不必要的麻煩，也便於將來的除錯。
2. 陣列越界
在計算機世界裡，都是從 0 開始計數，但總有人有意無意忘記這點。比如一個陣列長度為 10 ，想要獲取最後一個元素的值，總有人用 array[10] ……
別問，問就是我寫過……
新手朋友犯這種低階錯誤特別多。我們來看下陣列越界會發生什麼。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
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;
}請注意，程式初始化了陣列 numbers 所有元素的值（0~4），但是越界讀取了第 0~9 元素的值。可以看出來，前五個值是正確的，但之後鬼都不知道這些值會是什麼：
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所以大家在寫程式碼過程中，一定要知道陣列的邊界。像這種資料讀取的還好，如果一旦對這些記憶體進行寫操作，直接就 core dump ！
3. 字串溢位
在 C 程式語言中，字串是一組 char 值，也可以將其視為陣列。因此，你也需要避免超出字串的範圍。如果超出，則稱為字串溢位。
為了測試字串溢位，一種簡單方法是使用 gets 函式讀取資料。gets 函式非常危險，因為它不知道接收它的字串中可以儲存多少資料，只會天真地從使用者那裡讀取資料。
如果使用者輸入字串比較短那很好，但如果使用者輸入的值超過接收字串的長度，則可能是災難性的。
下面我們來演示一下這個現象：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
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;
}在這段程式碼裡，接收陣列的長度為 10 ，所以當輸入資料長度小於 10 的話，程式執行就沒問題。
例如，輸入城市 Beijing ，長度為 7 ：
var1 = 1; var2 = 2
Where do you live?
Beijing
<Beijing> is length 7
var1 = 1; var2 = 2
Ok威爾士小鎮 Llanfairpwllgwyngyllgogerychwyrndrobwllllantysiliogogogoch 是世界上名字最長的城市，這個字串有 58 個字元，遠遠超出了 name 變數中可保留的 10 個字元。
如果輸入這個字串，其結果是程式執行記憶體的其它位置，比如 var1和var2 ，都有可能被波及：
var1 = 1; var2 = 2
Where do you live?
Llanfairpwllgwyngyllgogerychwyrndrobwllllantysiliogogogoch
<Llanfairpwllgwyngyllgogerychwyrndrobwllllantysiliogogogoch> is length 58
var1 = 2036821625; var2 = 2003266668
Ok
Segmentation fault (core dumped)在中止之前，程式使用長字串覆蓋記憶體的其他部分。請注意，var1 和 var2 不再是它們的起始值 1 和 2 。
所以我們需要使用更安全的方法來讀取使用者資料。例如，getline 函式就是一個不錯的選擇，它將分配足夠大的記憶體來儲存使用者輸入，因此使用者不會因輸入太長字串而意外溢位。
4. 記憶體重複釋放
良好的 C 程式設計規則之一是，如果分配了記憶體，就一定要將其釋放。
我們可以使用 malloc 函式為陣列和字串申請記憶體，系統將開闢一塊記憶體並返回一個指向該記憶體起始地址的指標。記憶體使用完畢後，我們一定要記得使用 free 函式釋放記憶體，然後系統將該記憶體標記為未使用。
但是，這個過程中，你只能呼叫 free 函式一次。如果你第二次呼叫 free 函式，將導致意外行為，而且可能會破壞你的程式。
下面我們舉個簡單的例子：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
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");
}執行此程式會導致第二次呼叫 free 函式時出現 core dump 錯誤：
malloc an array ...
malloc succeeded
Free the array...
Free the array...
free(): double free detected in tcache 2
Aborted (core dumped)那麼怎麼避免多次呼叫 free 函式呢？一個最簡單的方法就是將 malloc 和 free 語句放在一個函式裡。
如果你將 malloc 放在一個函式裡，而將 free 放在另一個函式裡，那麼，在使用的過程中，如果邏輯設計不恰當，都有可能出現 free 被呼叫多次的情況。
5. 使用無效的檔案指標
檔案是作業系統裡一種非常常見的資料儲存方式。例如，您可以將程式的配置資訊儲存在名為 config.dat 檔案裡，程式執行時，就可以呼叫這個檔案，讀取配置資訊。
因此，從檔案中讀取資料的能力對所有程式設計師都很重要。但是，如果你要讀取的檔案不存在怎麼辦？
在 C 語言中，要讀取檔案一般是先使用 fopen 函式開啟檔案，然後該函式返回指向檔案的流指標。
如果您要讀取的檔案不存在或您的程式無法讀取，則 fopen 函式將返回 NULL 。在這種情況下，我們仍然對其進行操作，會發生什麼情況？我們一起來看下：
#include <stdio.h>
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;
}當你執行這個程式時，如果 FILE.TXT 這個檔案不存在，那麼 pfile 將返回 NULL。在這種情況下我們還對 pfile 進行寫操作的話，會立刻導致 core dump ：
Open the FILE.TXT file ...
Now display the contents of FILE.TXT ...
Segmentation fault (core dumped)所以，我們要始終檢查檔案指標是否有效。例如，在呼叫 fopen 函式開啟檔案後，使用 if (pfile != NULL) 以確保指標是可以使用的。
小結
再有經驗的程式設計師都有可能犯錯誤，所以寫程式碼的時候我們要嚴謹再嚴謹。但是，如果你養成一些良好的習慣，並新增一些額外的程式碼來檢查這五種型別的錯誤，則可以避免嚴重的 C 程式設計錯誤。
上面介紹的 5 種常見錯誤，你都寫過哪些 Bug 呢？留言跟大家交流哦，看看誰是 Bug 王！
最後，最近很多小夥伴找我要Linux學習路線圖，於是我根據自己的經驗，利用業餘時間熬夜肝了一個月，整理了一份電子書。無論你是面試還是自我提升，相信都會對你有幫助！
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也希望有小夥伴能加入我，把這份電子書做得更完美！
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