Linux программирование в примерах - Арнольд Роббинс

Этот случай поднимает важный момент относительно операторов проверки. Часто программисты ошибочно используют операторы проверки вместо проверки ошибок времени исполнения. В нашем случае тест 'array != NULL' должен был быть проверкой времени исполнения:

if (array == NULL) return -1;

Тест 'size > 0' (строка 13) менее проблематичен; если size равен 0 или меньше 0, цикл никогда не исполнится, и lsearch() (правильно) возвратит -1. (По правде, этот оператор проверки не нужен, поскольку код правильно обрабатывает случай 'size <= 0'.)

Логика, стоящая за отменой оператора проверки, заключается в том, что дополнительные проверки могут снизить производительность программы и поэтому должны быть запрещены в заключительной версии программы. Хоар[123], однако, сделал такое замечание:

«В конце концов, абсурдно делать тщательные проверки безопасности при отладочных запусках, когда к результатам нет никакого доверия, а затем удалять их из финальных версий, когда ошибочный результат может быть дорогим или катастрофическим. Что бы мы подумали об энтузиасте-мореплавателе, который надевает свой спасательный жилет при тренировке на сухой земле и снимает его, как только выходит в море?»

С такими мнениями, наша рекомендация заключается во внимательном использовании операторов проверки- во-первых, для любого данного оператора проверки рассмотрите возможность использования вместо него проверки времени исполнения. Во-вторых, тщательно разместите свой оператор проверки, чтобы не было возражений против их оставления на своем месте лаже в финальной версии вашей программы.

Наконец, отметим следующее из раздела «Ошибки» справочной страницы GNU/Linux assert(3):

assert() реализован как макрос: если у проверяемого выражения есть побочные результаты, поведение программы может меняться в зависимости от того, определен ли NDEBUG. Это может создавать гейзенберговские ошибки, которые исчезают при отключении режима отладки.

Знаменитый принцип неопределенности Гейзенберга из физики указывает, что чем более точно вы определите скорость частицы, тем менее точно вы определите ее положение, и наоборот. В терминах непрофессионала это означает что простой факт наблюдения частицы влияет на нее.

Сходное явление совершается в программировании, не связанном с физикой частиц: действие компилирования программы для отладки или запуска ее а режиме отладки может изменить поведение программы. В частности, первоначальная ошибка может исчезнуть. Такие ошибки в разговоре называют гейзенберговскими.

Справочная страница предостерегает нас от использования при вызовах assert() выражений с побочными эффектами:

assert(*p++ == 'n');

Здесь побочным эффектом является увеличение указателя p как часть теста. Когда определен NDEBUG, аргумент выражения исчезает из исходного кода; он никогда не исполняется. Это может привести к неожиданной неудаче. Однако, как только при подготовке к отладке запрет на операторы проверки отменяется, все начинает снова работать! Такие проблемы трудно отследить.

12.2. Низкоуровневая память: функции memXXX()

Несколько функций предоставляют возможность для работы с произвольными блоками памяти низкоуровневые службы. Все их имена начинаются с префикса 'mem':

#include <string.h> /* ISO C */

void *memset(void *buf, int val, size_t count);

void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t count);

void *memmove(void *dest, const void *src, size_t count);

void *memccpy(void *dest, const void *src, int val, size_t count);

int memcmp(const void *buf1, const void *buf2, size_t count);

void *memchr(const void *buf, int val, size_t count);

12.2.1. Заполнение памяти: memset()

Функция memset() копирует значение val (интерпретируемое как unsigned char) в первые count байтов буфера buf. Она особенно полезна для обнуления блоков динамической памяти:

void *p = malloc(count);

if (p != NULL)

 memset(p, 0, count);

Однако memset() может использоваться с любой разновидностью памяти, не только с динамической. Возвращаемым значением является первый аргумент: buf.

12.2.2. Копирование памяти: memcpy(), memmove() и memccpy()

Три функции копируют один блок памяти в другой. Первые две функции отличаются в обработке перекрывающихся областей памяти; третья копирует память, но останавливается при встрече с определенным значением.

void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t count)

Это простейшая функция. Она копирует count байтов из src в dest. Она не обрабатывает перекрывающиеся области памяти. Функция возвращает dest.

void *memmove(void *dest, const void *src, size_t count)

Подобно memcpy(), она также копирует count байтов из src в dest. Однако, она обрабатывает перекрывающиеся области памяти. Функция возвращает dest.

void *memccpy(void *dest, const void *src, int val, size_t count)

Эта копирует байты из src в dest, останавливаясь либо после копирования val в dest, либо после копирования count байтов. Если она находит val, то возвращает указатель на положение в dest сразу за val. В противном случае возвращается NULL.

Теперь, в чем проблема с перекрывающейся памятью? Рассмотрим рис. 12.1.

Рис. 12.1. Перекрывающиеся копии

Целью является скопировать четыре экземпляра struct xyz от data[0] до data[3] в участок от data[3] до data[6]. Здесь проблемой является data[3], побайтовое копирование с перемещением в памяти из data[0] затрет data[3] до того, как он будет безопасно скопирован в data[6]! (Может возникнуть также сценарий, когда копирование в памяти в обратном направлении разрушит перекрывающиеся данные.)

Функция memcpy() была первоначальной функцией в System V API для копирования блоков памяти; ее поведение для перекрывающихся блоков памяти не была подробно определена тем или иным способом. Для стандарта С 1989 г. комитет почувствовал, что это отсутствие определенности является проблемой, поэтому они придумали memmove(). Для обратной совместимости memcpy() была оставлена, причем поведение для перекрывающейся памяти было специально отмечено как неопределенное, а в качестве процедуры, корректно разрешающей проблемные случаи, была предложена memmove().

Какую из них использовать в своем коде? Для библиотечной функции, которая не знает, какие области памяти ей передаются, следует использовать memmove(). Таким способом вы гарантируете, что не будет проблем с перекрывающимися областями. Для кода приложения, который «знает», что две области не перекрываются, можно безопасно использовать memcpy().

Как для memcpy(), так и для memmove() (как и для strcpy()) буфер назначения является первым аргументом, а источник — вторым. Чтобы запомнить это, обратите внимание на порядок, который тот же самый, как в операторе присваивания:

dest = src;

(Справочные страницы во многих системах не помогают, предлагая прототип в виде 'void *memcpy(void *buf1, void *buf2, size_t n)' и полагаясь на то, что текст объяснит, что есть что. К счастью, справочная страница GNU/Linux использует более осмысленные имена.)

12.2.3. Сравнение блоков памяти: memcmp()

Функция memcmp() сравнивает count байтов из двух произвольных буферов данных. Возвращаемое ею значение подобно strcmp(): отрицательное, нулевое или положительное, если первый буфер меньше, равен или больше второго.

Вы можете поинтересоваться: «Почему бы не использовать для такого сравнения strcmp()?» Разница между двумя функциями в том, что memcmp() не принимает во внимание нулевые байты (завершающий строку ''.) Таким образом, memcmp() является функцией, которая используется, когда вам нужно сравнить произвольные двоичные данные.

Другим преимуществом memcmp() является то, что она быстрее типичной реализации на C:

/* memcmp --- пример реализации на С, НЕ для реального использования */

int memcmp(const void *buf1, const void *buf2, size_t count) {

 const unsigned char *cp1 = (const unsigned char*)buf1;

 const unsigned char *cp2 = (const unsigned char*)buf2;

 int diff;

 while (count-- != 0) {

  diff = *cp1++ - *cp2++;

  if (diff != 0)

   return diff;

 }

 return 0;

}

Скорость может быть достигнута в результате использования специальных инструкций «блочного сравнения памяти», которые поддерживают многие архитектуры, или в результате сравнения единиц, превышающих байты. (Эта последняя операция коварна, и лучше оставить ее автору библиотеки.)