IN 147 Program og maskinvare. Vanlige feil ved bruk av pekere Feilsøking Debuggere

Transkript

1 Dagens tema Vanlige feil ved bruk av pekere Feilsøking Debuggere lint Kompilatormeldinger Egne testutskrifter Flyt-tall (P&H: 4.8) Representasjon av flyt-tall Standarden IEEE 754 MIPS-operasjoner på flyt-tall Ark 1 av 36 Forelesning

2 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 fortsatt «flyte rundt» og oppta plass så lenge programmet kjører. Dette kalles en minnelekkasje. Forelesning Ark 2 av 36

3 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 3 av 36

4 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]); } return 0; Forelesning Ark 4 av 36

5 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 5 av 36

6 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 å brukes sammen med både cc og gcc. Den har et vindusgrensesnitt som heter ddd. For å kunne bruke gdb/ddd må to ting gjøres: kompilere programmene med opsjonen -g angi at vi ønsker og har ubegrenset plass til programdumper: ulimit -c unlimited hvis vi bruker kommandotolkeren bash. Vi må også huske å fjerne programdumpfilene selv; de er store! Forelesning Ark 6 av 36

7 Programdumper Når et program terminerer på grunn av en feil («aborterer»), prøver det ofte å skrive innholdet av hele prosessen til 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 kritisk kritisk Mar 5 15:20 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 7 av 36

8 maskin navn> /local/hacks/sgi/bin/ddd test-gdb & Forelesning Ark 8 av 36

9 I File-menyen finner vi «Open Core Dump». Forelesning Ark 9 av 36

10 Nå vet vi at feilen oppsto på linje 12 i forbindelse med *vec[i] = i. Kanskje det er noe galt med indeksen i? I Data-menyen finner vi «Display Local Variables» Forelesning Ark 10 av 36

11 Variabelen i er 0, så den er OK. Hva da med vec? Vikan klikke på en forekomst av vec og så «New Display». Forelesning Ark 11 av 36

12 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 ddd med «Exit» i File-menyen. Forelesning Ark 12 av 36

13 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; } return 0; } 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). Control + \ Quit (core dumped) Forelesning Ark 13 av 36

14 Hva sier gdb/ddd? maskin navn> /local/hacks/sgi/bin/ddd printenv-feil & Forelesning Ark 14 av 36

15 Her ser vi imidlertid at feilen er oppstått i write, men den kaller vi da ikke i vårt program? Vi ber om «Backtrace» i Status-menyen. Forelesning Ark 15 av 36

16 Vi ser at feilen oppsto i linje 14 i main i kallet på printf. Vi klikker på «Up» fire ganger, og velger så «Display Local Variables» i Data-menyen. Vi ser at p ser OK ut, men e burde vel ikke være 0? La oss kjøre programmet på nytt, men legge inn et stoppunkt øverst i while-løkken. Pek og klikk på linjen, og så på «Break at ()». Så kan vi klikke på «Run» igjen. Forelesning Ark 16 av 36

17 Forelesning Ark 17 av 36

18 Etter at programmet er stoppet før det skal utføre while-løkken for første gang, lar vi det utføre de to første linjene ved å klikke på «Step». Forelesning Ark 18 av 36

19 Her ser vi at e er 0, og det må være galt! (Det var ihvertfall ikke det som var hensikten med programmet...) Dette skjedde i den gale testen while (! (*p = NULL)) { som burde vært skrevet while (*p!= NULL) { eller while (*p) { Konklusjon Et par timer brukt på å lære seg gdb og ddd kan man fort få mangedobbelt igjen for senere i kurset! Forelesning Ark 19 av 36

20 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 (12) warning: assignment operator "=" found where "==" was expected function returns value which is always ignored printf Kompilatormeldinger Noen ganger kan kompilatoren gi fornuftige advarsler om potensielle farer («warnings»). Egne meldinger Det aller beste er å regne med at man gjør feil og legge inn egne utskrifter som kan slås av og på ved behov. Forelesning Ark 20 av 36

21 Programmet purify Dette kommersielle programmet legger inn alle mulig tester som blir utført under kjøringen: maskin navn> purify cc test-gdb.c -o test-gdb Purify 4.1 IRIX6, Copyright (C) Rational Software Corp.... Processing "/usr/lib/libc.so.1"... Processing "test-gdb" maskin navn> test-gdb Når feil oppstår, kommer et meldingsvindu: Forelesning Ark 21 av 36

22 Heltall I 8, 16 eller 32 bit kan vi lagre til dels store tall (med fortegns-bit): Bit Fra......til Dette er imidlertid ikke alltid nok: Ett sekund er perioder av strålingen... (Cesium 133). er et tall som er for stort for 32 bit. Dessuten kan vi trenge tall som ikke er heltall: Tallet π er 3, Forelesning Ark 22 av 36

23 Flyt-tall Tall kan skrives på flere forskjellige måter: , , De to siste ( M G E) er såkalte flyt-tall og består av: Mantisse («significand») (M). Grunntall («radix») (G). Eksponent (E). Fortegn. Forelesning Ark 23 av 36

24 Representasjon av eksponenten Man kan tenke seg flere ulike måter å lagre eksponenten på: 1. Eget fortegnsbit. 4 blir erkomplement. 4 blir Fast tillegg (f.eks. 127 for 8 bits eksponent). 4 blir (Dette kalles «excess 127» på engelsk.) Det siste velges oftest i dag. Det forenkler en del operasjoner på flyt-tall, f.eks. sammenlikning og sortering. Forelesning Ark 24 av 36

25 Representasjon av mantissen En desimal brøk: har desimaler. En binær brøk: 3, , har binærer. Brøken tolkes slik: 2 1 Resultatet er , = ,1406 Forelesning Ark 25 av 36

26 En normalisert mantisse er en binær brøk med følgende egenskap: 1 M<G For binær representasjon innebærer dette at 1 M<2 Binæren foran binær-kommaet vil altså alltid være 1 (med mindre hele tallet er 0). Grunntallet Grunntallet er nesten alltid 2. Blir ikke lagret. Forelesning Ark 26 av 36

27 Standarden IEEE 754 for 32-bits flyt-tall S Eksponent Mantisse S er fortegnet; 0 for positivt, 1 for negativt. Grunntallet er 2. Eksponenten er på 8 bit og lagres med fast tillegg 127. Mantissen er normalisert og på 24 bit, men kun de 23 etter binærkommaet lagres. Forelesning Ark 27 av 36

28 Hvordan lagres 1,0? 1,0 ti =1,0 to som er normalisert. Eksponent er 0+127=127= to. Fortegnet er Hvordan lagres 0? Som spesialkonvensjon er 0 representert av kun 0-bit: Hvordan lagres 12,8125? 12,8125 ti = 1100,1101 to = 1, to 2 3 Eksponent er 3+127=130= to. Fortegnet er Forelesning Ark 28 av 36

29 Største tall omtrent , (Eksponenten 0 er reservert for tallet 0, eksponenten 255 for NAN, «not a number».) Minste positive tall omtrent , Nøyaktighet Mantissen er på 24 bit, og , Dette gir 7 desimale sifre. Forelesning Ark 29 av 36

30 Standarden IEEE 754 for 64-bits flyt-tall Endringer: S Eksponent Mantisse Eksponenten er økt fra 8 til 11 bit. Lagres med fast tillegg Mantissen er økt fra 24 til 53 bit. Øverste bit lagres stadig ikke. Forelesning Ark 30 av 36

31 Største tall Det største tallet som kan lagres, finner vi utfra formelen 2 (211 2) = , Minste positive tall = , Nøyaktighet Mantissen er på 53 bit, og , Dette gir nesten 16 desimale sifre. Forelesning Ark 31 av 36

32 Operasjoner på flyt-tall i MIPS I MIPS håndteres flyt-tall av en egen koprosessor med nummer 1. Den har sine egne registre $f0, $f1,..., $f31. En double opptar to registre; det første må ha et partallsnummer. Forelesning Ark 32 av 36

33 Flytting mellom CPU og flyt-tallsprosessoren Man må bruke egne instruksjoner for å flytte data mellom CPU-en og flyt-tallsprosessoren c1: mfc1 $x,$fy # c1 $fy CPU $x mtc1 $x,$fy # CPU $x c1 $fy Ved hjelp av to andre instruksjoner kan man lesefraogskrivetilram: lwc1 $fy,nn($x) # mem[nn+$x] c1 $fy swc1 $fy,nn($x) # c1 $fy mem[nn+$x] For double-verdier må man bruke to instruksjoner for å flytte. Forelesning Ark 33 av 36

34 Konvertering Instruksjonen cvt kan konvertere mellom d som er en double, s someren(«single»)float, eller w som er en long (eller int hvis den også er 32 bit, dvs et «word»). Eksempel cvt.d.w $fy,$fx # (long)$fx (double)$fx Aritmetiske operasjoner MIPS har de vanlige aritmetiske operasjonene: abs.x absoluttverdien. add.x addisjon. c.y.x sammenlign. div.x divisjon. mul.x multiplikasjon. neg.x negasjon. sub.x subtraksjon. x er enten d eller s. y er eq (=), le ( ) eller lt (<). Forelesning Ark 34 av 36

35 Ved sammenligning legges resultatet i et eget statusregister. Det kan testes med bc1f dit # Hopp dit hvis usant. bc1t dit # Hopp dit hvis sant. Funksjonskall Ved funksjonskall gjelder følgende: float-parametre legges i $f12 og $f14, double-parametre i $f12 $f13 og $f14 $f15. Ved mer enn to parametre, eller en kombinasjon av float og andre paramtre, følges en spesiell konvensjon. En float returverdi skal ligge i $f0. Forelesning Ark 35 av 36

36 Et eksempel fladd1 øker et 32-bits flyt-tall med 1: #include <regdef.h>.text.globl fladd1 # Navn: fladd1. # Synopsis: Øker en float med 1. # Signatur i C: float fladd1(float x); fladd1: li t0,1 # Hent verdien 1 mtc1 t0,$f0 # inn i $f0 og cvt.s.w $f0,$f0 # omdann til float. add.s $f0,$f0,$f12 # Addér x. jr ra # Retur. Testprogrammet test-fladd1.c #include <stdio.h> extern float fladd1(float x); int main(void) { float res = fladd1(3.14); printf("svaret er %.4f.\n", res); return 0; } Kompileringskommandoen maskin navn> cc test-fladd1.c fladd1.s -o test-fladd1 test-fladd1.c: fladd1.s: maskin navn> test-fladd1 Svaret er Forelesning Ark 36 av 36