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什么,这个 C 语言大坑你没见过?
鱼鹰谈单片机 | 2022-04-20 19:16:01    阅读:46   发布文章

开发过程中,你是否会发出“基础不牢,地动山摇”的感慨,我相信,只要有经验的工程师,应该都有过。

鱼鹰曾经因为一个很基础的知识,差点毁了整个项目,这不是危言耸听。因为这个代码用于整个系统自检,一旦运行出错,整个系统就废了。

为了不让别人篡改鱼鹰的代码,鱼鹰设计了多套机制,其中一个就是定时检查关键代码是否已执行,如果有一次没有执行,那么系统进入异常状态,这个功能类似窗口看门狗


  • uint16_t run_cnt, run_cnt_next;


  • void function1()

  • {

  •   do something ;

  •   run_cnt++; // 自加,表示该函数已执行

  • }

  • int main()

  • {

  •   while(1)

  •   {

  •     function1();

  •     if(run_cnt != run_cnt_next + 1) // 判断两个变量是否匹配

  •     {

  •       do error some thing

  •     }

  •     run_cnt_next++; // 这个位置也自加,表示这里已执行

  •   }

  • }

类似流程如上,当时鱼鹰为了减少变量空间,将计数器设计成了 uint16_t 类型,导致埋下了隐患。

这个流程乍一看没有问题,因为 run_cnt 比 run_cnt_next 先加,那么 run_cnt_next + 1 应该等于 run_cnt,如果不相等,作错误处理。

甚至短时间内运行不会有任何问题,除非 16 位溢出……

所以一个量产项目,任何一点改动,都可能需要长时间的稳定测试,只有这样才能确保系统稳定性,不能认为自己能力强,写的代码不用测试就直接合并了。

原先鱼鹰以为,这两个变量都是 16 位,那么 + 1 的结果应该也是16 位,最后比较时,也是 16 位比较,这样即使最终 16 位自加溢出了,结果也会是正确的。


  • if(run_cnt != run_cnt_next + 1) // 判断两个变量是否匹配

  • {

  •       do error some thing

  • }

但你以为,终究是你以为。


实际上,因为你和  1 自加了,最终比较是按照 32 位进行比较,而 run_cnt 受到变量位数限制,始终是 16 位的结果(但扩展成 32 位比较,即高 16 位全是 0)

图片

这样就会导致在溢出时,两者是不相等的。

比如上一次 run_cnt 为 0xFFFF 时(受位数限制,最大只能是这个),run_cnt_next 为 0xFFFE,此次结果比较即使按 32 位比较,也是没有问题的,都是 0xFFFF。

但下一次运行时,run_cnt 自加,溢出变成 0,而 run_cnt_next 是 0xFFFF,再和 1 相加,因为比较会使用 32 位比较,所以此时结果是 0x10000,最终导致两者不相等(0 != 0x10000)。

那么为什么会导致上面的问题呢?这里涉及到两个 C 语言基础知识点,估计大家以前都了解过,但估计没有当回事。

1、常量默认为 int 型(但不一定是 32 bit ,和内核和编译器有关,上面的 +1 就是 int 型)

2、整型提升(详细可网上查找)

因为两边的结果类型不一致(+ 1 导致右边结果成了 int 类型),所以最终按 int 型处理。最终导致溢出时,结果判断失败。

我们可以通过汇编看出一些端倪:

图片

我们可以看到 r0 + 1 之后,直接和 r1 比较,也就是说,结果可能超过 0xFFFF,导致出错。


那么,怎么样才可以保证结果为 16 位呢?

我们可以这样处理:



if((uint16_t)run_cnt != (uint16_t)(run_cnt_next + 1)) // 强制转化为 16 位比较

{

      do error some thing

}

我们可通过汇编发现,多了一条 UXTH 指令,用于把 16 位结果扩展成 32 位(从这里我们也可以得出结论,结果比较总是 32 bit 比较)。


图片

到此,分析结束,可以看到,为了解释这么一条简单的 C 语言语句,还是挺困难的事情。

如果对你有帮助,欢迎转发分享支持鱼鹰,这样鱼鹰也更有动力记录原创笔记。

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