IN 147 Program og maskinvare

Transkript

1 Dagens tema Deklarasjon av nye typer Typekonvertering Regning med pekere Pekere til funksjoner Pekere til pekere til... Vanlige feil ved bruk av pekere Feilsøking Debuggere lint Kompilatormeldinger Egne testutskrifter Ark 1 av 24 Forelesning

2 Deklarasjon av nye typer I C kan vi definere nye typer: typedef unsigned char uc; uc c1, ctab[10]; Typedefinisjoner brukes til å unngå lange navn: uc kontra unsigned char punkt kontra struct punkt definisjoner som kan variere fra ett system til et annet; for eksempel i stdlib.h på en SGI: typedef unsigned int size_t; Typen size t brukes som type for en størrelse. Forelesning Ark 2 av 24

3 Typekonvertering Noen ganger må vi angi en eksplitt typekonvertering: (type)verdi Følgende program runder av beløp til nærmeste 50-øring: #include <stdio.h> int main(void) { double kr, krx; printf("gi et beløp: "); scanf("%lf", &kr); while (kr >= 0.0) { krx = (int)(2*kr+0.5) / 2.0; /* Rund av */ printf("%.4lf blir %.4lf\n", kr, krx); printf("gi et beløp: "); scanf("%lf", &kr); Eksempel på en kjøring: blir blir blir blir blir Forelesning Ark 3 av 24

4 Typekonvertering mellom tall Typekonvertering brukes mellom ulike heltall og/eller flyt-tall. Typekonvertering mellom pekere Siden pekere i prinsippet kan være av ulikt antall bit, skal man egentlig angi konvertering mellom dem. (Dette hjelper også kompilatoren å finne feil.) Pekertypen void* er garantert stor nok til alle pekere, og kan derfor betraktes som en «peker til alt mulig». Funksjonen malloc er derfor definert som void *malloc (size_t size) Korrekt bruk av malloc er derfor xxx *p; : p=(xxx*)malloc(sizeof(xxx); Forelesning Ark 4 av 24

5 Regning med pekere I C gjelder alltid at a[i] *(a+i) Dette er greit om a er en char-vektor, men hva om den er en long? Egne regneregler for pekere I C gjelder egne regneregler for pekere: p+i betyr «Øk p med i multiplisert med størrelsen av det p peker på.» #include <stdio.h> typedef unsigned long ul; int main(void) { char *cp = (char*)0x123400; long *lp = (long*)0x123400; cp++; lp++; printf("cp = 0x%lx\nlp = 0x%lx\n", (ul)cp, (ul)lp); gir følgende når det kjøres: cp = 0x lp = 0x Forelesning Ark 5 av 24

6 Pekere til funksjoner Det er nyttig å kunne behandle funksjoner som om de var variable, og noen høynivåspråk tilbyr dette. C tilbyr noe som er nesten like godt: pekere til funksjoner. #include <stdio.h> int sum(int (*f)(int x), int n) { /* Beregn summen av f(x) for x=1,...,n. */ int res = 0, ix; for (ix = 1; ix <= n; ++ix) res += f(ix); return res; Her er parameteren f en peker til en funksjon: Denne funksjonen returnerer en int. Denne funksjonen har én parameter: en int. Forelesning Ark 6 av 24

7 Bruk av funksjonspekere Bruk av et funksjonsnavn uten parenteser bak, gir en peker til funksjonen. (Dette implementeres som adressen til første instruksjon i funksjonen.) int odd(int x) /* Er x et oddetall? */ { return x%2; int sqr(int v) /* Finn kvadratet av v. */ { return v*v; int main(void) { printf("sum av odd(n): %5d\n", sum(odd,10)); printf("sum av sqr(n): %5d\n", sum(sqr,10)); Kjøring av dette lille programmet gir følgende resultat: Sum av odd(n): 5 Sum av sqr(n): 385 Forelesning Ark 7 av 24

8 Pekere til pekere til... Noen ganger trenger man en peker til en pekervariabel (for eksempel fordi den skal overføres som parameter og endres). Siden vanlige pekere deklareres som xxx *p; må en «peker til en peker» angis som xxx **pp = &p; Dette kan utvides med så mange stjerner man ønsker. Eksempel Omgivelsesvariable i UNIX inneholder opplysninger om en bruker og hans eller hennes preferanser: LOGNAME=dag PAGER=less HOSTTYPE=sgi PRINTER=prent HOME=/home/ansatte/03/dag SHELL=/local/gnu/bin/bash Forelesning Ark 8 av 24

9 Omgivelsen overføres fra program til program ved en tredje parameter til main: int main(int argc, char *argv[], char **envir) Parameteren envir peker på en vektor av pekere som hver peker på en omgivelsesvariabel og den definisjon. LOGNAME=dag envir 0 PAGER=less HOSTTYPE=sgi PRINTER=prent HOME=/home/ansatte/03/dag SHELL=/local/gnu/bin/bash Forelesning Ark 9 av 24

10 Vanlige pekerfeil Det er noen feil som går igjen: Glemme initiering av pekeren! long *p; printf("verdien er %ld.\n", *p); Glemme frigjøring av objekt! long *p; p = (long*)malloc(sizeof(long)); p = NULL; Det allokerte objektet vil nå være utilgjengelig, men vil «flyte rundt» og oppta plass så lenge programmet kjører. Dette kalles en hukommelseslekkasje. Forelesning Ark 10 av 24

11 La en global peker peke på lokal variabel! long *p; void f(void) { long x; p = &x; f(); p peker nå på en variabel som ikke finnes mer. Stedet på stakken der x lå, kan være tatt i bruk av andre funksjoner. Peke på resirkulert objekt! long *p, *q; p = q = (long*)malloc(sizeof(long)); free(p); p = NULL; q peker nå på et objekt som er frigjort og som kanskje er tatt i bruk gjennom nye kall på malloc. Forelesning Ark 11 av 24

12 Feilsøking Hva gjør vi når alt bare går galt? #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int *vec[10]; int main(void) { int i; for (i = 0; i<10; ++i) { vec[1] = (int*)malloc(sizeof(int)); *vec[i] = i; for (i = 9; i>=0; --i) { printf("vec[%d] peker på %d.\n", i, *vec[i]); Forelesning Ark 12 av 24

13 Forsøk på å kjøre dette programmet gir bare Segmentation Fault Dette forteller om en ulovlig peker/adresse, men hvor? I hvilken programkodelinje skjedde feilen? Hva var situasjonen da? Nærmere bestemt vil vi gjerne vite Hva inneholder de ulike variablene? Hva er kallkjeden (dvs hvilke funksjoner er kalt, og hvorfra)? Forelesning Ark 13 av 24

14 Debuggere En «debugger» er et meget nyttig feilsøkingsverktøy. Det kan analysere en program-dump, vise innholdet av variable, vise hvilke funksjoner som er kalt, kjøre programmet én og én linje, og kjøre til angitt stoppunkter. Debuggeren gdb er laget for brukes sammen med både cc og gcc. For å bruke gdb må vi gjøre to ting: kompilere våre programmer med opsjonen -g, og angi at vi ønsker programdumper: ulimit -c unlimited hvis vi bruker bash. (Da må vi huske å fjerne programdumpfilene selv; de er store!) Forelesning Ark 14 av 24

15 Programdumper Når et program dør på grunn av en feil («aborterer»), prøver det ofte å skrive innholdet av hele prosessen på en fil slik at det kan analyseres siden. 1. Programmet kompileres med debuggingsinformasjon: maskin navn> cc -g test-gdb.c -o test-gdb 2. Programmet kjøres: maskin navn> test-gdb Segmentation Fault (core dumped) maskin navn> ls -l core -rw-r--r-- 1 dag dag Mar 1 13:28 core Dette kalles ofte en «core-dump» siden datamaskinene for år siden hadde hurtiglager bygget opp av ringer med kjerne av feritt. I UNIX heter denne filen derfor core. Forelesning Ark 15 av 24

16 1. gdb startes: maskin navn> gdb test-gdb GNU gdb 4.17 Copyright 1998 Free Software Foundation, Inc. GDB is free software, covered by the GNU General Public License, and you are welcome to change it and/or distribute copies of it under certain conditions. Type "show copying" to see the conditions. There is absolutely no warranty for GDB. Type "show warranty" for details. This GDB was configured as "mips-sgi-irix6.2"... (gdb) 2. Vi ber om analyse av programdumpen: (gdb) core-file core Core was generated by test-gdb. Program terminated with signal 11, Segmentation fault. Reading symbols from /usr/lib/libc.so.1...done. (gdb) #0 0x400abc in main () at test-gdb.c:12 12 *vec[i] = i; Forelesning Ark 16 av 24

17 Nå vet vi at feilen oppsto på linje 12 i forbindelse med *vec[i] = i. Kanskje det er noe galt med indeksen i? (gdb) print i $1=0 (gdb) Variabelen i er 0, så den er OK. Hva da med vec? (gdb) print vec $2 = {0x0, 0x , 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0 (gdb) Her ser vi at vec[0] er 0 mens vec[1] peker på noe; det burde vært omvendt! (vec[1] vec[9] skal ennå ikke ha fått noen verdi (siden i er 0). Altså oppsto feilen under initieringen av vec der det står for (i = 0; i<10; ++i) { vec[1] = (int*)malloc(sizeof(int)); *vec[i] = i; Vi kan da avslutte gdb: (gdb) quit Forelesning Ark 17 av 24

18 Et eksempel til Følgende program skal skrive ut sine parametre og alle omgivelsesvariablene: #include <stdio.h> int main(int argc, char *argv[], char **envir) { char **p = envir, *e; int i; for (i = 0; i < argc; ++i) { printf("parameter %d: %s \n", i, argv[i]); while (! (*p = NULL)) { e=*p; printf("%s\n", e); ++p; Kompilering går fint: maskin navn> cc -g printenv-feil.c -o printenv-feil men kjøringen går dårlig: maskin navn> printenv-feil a b Parameter 0: printenv-feil Parameter 1: a Parameter 2: b (null) (null) (null). Control + \ Quit (core dumped) Forelesning Ark 18 av 24

19 Hva sier gdb? maskin navn> gdb printenv-feil core GNU gdb 4.17 Copyright 1998 Free Software Foundation, Inc. GDB is free software, covered by the GNU General Public License, and you are welcome to change it and/or distribute copies of it under certain conditions. Type "show copying" to see the conditions. There is absolutely no warranty for GDB. Type "show warranty" for details. This GDB was configured as "mips-sgi-irix6.2"... Core was generated by printenv-feil. Program terminated with signal 3, Quit. Reading symbols from /usr/lib/libc.so.1...done. #0 0xfa43acc in _write () at write.s:15 write.s:15: No such file or directory. Adressefeilen oppsto altså i write, men den kaller ikke vi. Hvilke funksjoner har vært kalt? Forelesning Ark 19 av 24

20 (gdb) backtrace #0 0xfa43acc in _write () at write.s:15 #1 0xfa3c6a4 in _xflsbuf () at flush.c:89 #2 0xfa378cc in _doprnt () at doprnt.c:186 #3 0xfab52ac in printf () at printf.c:42 #4 0x400a28 in main (argc=1, argv=0x7fff2f14, envir=0x7fff2f1c) at printenv-feil.c:14 #5 0x in start () at crt1text.s:165 Vi vil se mer på innmaten i main, så vi går 4 kall tilbake: (gdb) up 4 #4 0x400a28 in main (argc=1, argv=0x7fff2f14, envir=0x7fff2f1c) at printenv-feil.c:14 14 printf("%s\n", e); Forelesning Ark 20 av 24

21 Utifra utskriften er det naturlig å anta at feilen ligger i løkken i linje 12 16, så den bør nok sjekkes nærmere. Sett inn et stoppunkt i linje 12 og la programmet gå dit: (gdb) break 12 Breakpoint 1 at 0x4009f0: file printenv-feil.c, line 12. (gdb) run Starting program: /home/ansatte/03/dag/in147/forelesninger/kode/printenv-feil Parameter 0: /home/ansatte/03/dag/in147/forelesninger/kode/printenv-feil Breakpoint 1, main (argc=1, argv=0x7fff2f14, envir=0x7fff2f1c) at printenv-feil.c:12 12 while (! (*p = NULL)) { Sjekk p og *p: (gdb) print p $1 = (unsigned char **) 0x7fff2f1c (gdb) print *p $2 = (unsigned char *) 0x7fff303c "LOGNAME=dag" Forelesning Ark 21 av 24

22 Alt ser fint ut foreløbig. Utfør to linjer til og sjekk hva e er blitt: (gdb) next 13 e = *p; (gdb) next 14 printf("%s\n", e); (gdb) print e $3 = (unsigned char *) 0x0 Her er feilen! Hva er p og *p nå? (gdb) print p $4 = (unsigned char **) 0x7fff2f1c (gdb) print *p $5 = (unsigned char *) 0x0 *p er blitt 0! Dette skjedde i den gale testen while (! (*p = NULL)) { som burde vært skrevet while (*p!= NULL) { eller while (*p) { Forelesning Ark 22 av 24

23 Konklusjon Noen timer brukt på å lære seg gdb får man mangedobbelt igjen senere i kurset! Mer informasjon om gdb Dokumentasjon om gdb finnes følgende steder: Når man har startet gdb, kan man gi kommandoen help. Kommandoen «man gdb» gir en kortfattet oversikt. Filen /local/doc/gnu/gdb-refcard.ps gir en to-siders oversikt over kommandoene i gdb. Filen /local/doc/gnu/gdb.dvi er den fulle dokumentasjonen av gdb; den er på 200 sider. Forelesning Ark 23 av 24

24 Andre feilsøkingverktøy Programmet lint Dette programmet sjekker C-programmer og rapporterer mulig feil og foreslår hvorledes koden kan forbedres. maskin navn> lint printenv-feil.c function falls off bottom without returning value (17) main function returns value which is always ignored printf Kompilatormeldinger Noen ganger kan kompilatoren gi fornuftige advarsler om potensielle farer hvis man ber om det: maskin navn> cc -fullwarn printenv-feil.c Egne meldinger Det beste er å legge inn egne utskrifter som kan slås av og på ved behov. Forelesning Ark 24 av 24