程序中增加一個變量導致異常的分析

前述

大家在平常的編程過程應該會碰到各種奇葩的問題吧，反正我最近是碰到了一次，再此跟大家分享一下。事情的原因是我在程序中增加了一個變量，然后就會導致程序每次都會進入異常。

示例代碼

我將代碼簡化了，使用兩個模塊來演示這個問題。第一個模塊是Dev模塊。

下面是Dev模塊的頭文件，Dev結構體中有一個數(shù)組。

#include
#include

typedefstruct{
inta_[100];
charb_;
}Dev;

voidDevInit(Dev*c_this);

下面是Dev模塊的源文件代碼，里面只有一個memset。

#include"Dev.h"

voidDevInit(Dev*c_this){
memset(c_this,0,sizeof(Dev));
}

第二個模塊是DevManager，相關數(shù)據(jù)結構如下：

#include"Dev.h"

#pragmapack(1)

typedefstruct{
Devuart_;
charnum_;//Addingthisvariablecausesacrash
Deviic_;
}DevManage;

#pragmapack()

DevManagedev_manage;

voidDevManagerInit(void){
DevManage*c_this=&dev_manage;

memset(c_this,0,sizeof(DevManage));

DevInit(&c_this->uart_);
DevInit(&c_this->iic_);
}

DevManage結構體包含uart以及iic設備，以及我新加入的一個num_變量，由于新增了num_變量以及與之相關的業(yè)務會導致每次調(diào)試目標板都會進入異常。

嘗試解決異常問題

根據(jù)調(diào)試情況看，每次都會出現(xiàn)異常，說明是個小問題。就怕偶爾出現(xiàn)異常，不容易復現(xiàn)。

思路應該非常清晰，出現(xiàn)異常時候查看LR寄存器的值，LR寄存器主要有兩個功能。

保存子程序返回地址。使用BL或BLX時，跳轉指令自動把返回地址放入r14中

當異常發(fā)生時，異常模式的R14用來保存異常返回地址

根據(jù)LR寄存器的值，從而定位到是執(zhí)行DevInit(&c_this->iic_)函數(shù)中的memset導致的。

第一反應是DevInit中傳入的對象可能為空，操作了非法內(nèi)存才導致的錯誤。于是又重新調(diào)試了一遍，發(fā)現(xiàn)DevInit中對象的地址并不為空，而且就是等于實體對象中設備的地址。

這一刻我陷入了深深的自我懷疑，memset難道不是這樣用的？難道不是傳入一個地址，清0，然后sizeof(DevManage)就完事了？

我這代碼怎么會出錯，memset就是這樣用的，天王老子來我也是對的，這樣的心理是不是也深度還原了碰到問題時的你們。

如果是你，該如何繼續(xù)...

救命稻草

有人說，匯編是最后的救命稻草。那我也嘗試抓住這根稻草，出現(xiàn)問題時如下圖:

問題主要出現(xiàn)紅色箭頭指向的這一行，經(jīng)過查詢資料得知_aeabi_memclr4是一個用于ARM嵌入式系統(tǒng)的函數(shù)，用于將內(nèi)存區(qū)域清零。函數(shù)名中的"_a"表示該函數(shù)符合ARM嵌入式應用二進制接口（Embedded Application Binary Interface，EABI）規(guī)范。在調(diào)用_aeabi_memclr4時，需要確保傳入的內(nèi)存地址是四字節(jié)對齊的。再看圖片中的對象地址為0x200001BD，剛好比四字節(jié)對齊地址0x200001BC多了一個字節(jié)。

再回頭看DevManage對象，這里使用了偽指令#pragma pack(1)讓內(nèi)存分配進行單字節(jié)對齊。因為Dev對象是按照四字節(jié)對齊的，緊接著引入了新的成員num_占用一個字節(jié)。所以導致iic_對象的地址相對于未增加變量之前的地址偏移了一個字節(jié)，導致不是四字節(jié)對齊的了，從而引發(fā)了錯誤。

就示例中的代碼而言，只需要把強制DevManage對象單字節(jié)對齊的功能刪除即可解決問題，因為默認情況下是四字節(jié)對齊的。

成員分配

由于#pragma pack(1)具有作用域限制，這里其實只是對num_變量做了單字節(jié)對齊的限制，而并沒有對Dev對象的內(nèi)存分配起到限制作用，Dev對象仍然是按照4字節(jié)對齊的(默認值)，所以Dev對象的所占用的長度一定是101*4=404字節(jié)。而整個DevManager對象的大小就101 * 4 + 1 + 101 * 4 = 809字節(jié),成員分配如下圖所示。

最后

到最后在拋出一個問題，對于上述的代碼在vscode中使用gcc編譯執(zhí)行為何沒有問題？

審核編輯：湯梓紅