使用Clang 10编译时，strsep后出现段错误

Question

使用Clang 10编译时，strsep后出现段错误

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我正在编写一个解析器（用于解析NMEA句子），它使用strsep在逗号上拆分字符串。当使用clang（Apple LLVM版本10.0.1）编译时，对于具有偶数个标记的字符串进行拆分时，代码会崩溃。当在Linux上使用clang（版本7.0.1）或gcc（9.1.1）编译时，代码可以正常工作。

下面是一个简化版的代码，展示了这个问题：

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <string.h>

static void gnss_parse_gsa (uint8_t argc, char **argv)
{

}

/**
 *  Desciptor for a NMEA sentence parser
 */
struct gps_parser_t {
    void (*parse)(uint8_t, char**);
    const char *type;
};

/**
 *  List of avaliable NMEA sentence parsers
 */
static const struct gps_parser_t nmea_parsers[] = {
    {.parse = gnss_parse_gsa, .type = "GPGSA"}
};

static void gnss_line_callback (char *line)
{
    /* Count the number of comma seperated tokens in the line */
    uint8_t num_args = 1;
    for (uint16_t i = 0; i < strlen(line); i++) {
        num_args += (line[i] == ',');
    }

    /* Tokenize the sentence */
    char *args[num_args];
    for (uint16_t i = 0; (args[i] = strsep(&line, ",")) != NULL; i++);

    /* Run parser for received sentence */
    uint8_t num_parsers = sizeof(nmea_parsers)/sizeof(nmea_parsers[0]);
    for (int i = 0; i < num_parsers; i++) {
        if (!strcasecmp(args[0] + 1, nmea_parsers[i].type)) {
            nmea_parsers[i].parse(num_args, args);
            break;
        }
    }
}

int main (int argc, char **argv)
{
    char pgsa_str[] = "$GPGSA,A,3,02,12,17,03,19,23,06,,,,,,1.41,1.13,0.85*03";
    gnss_line_callback(pgsa_str);
}

在代码的这一行 if (!strcasecmp(args[0] + 1, nmea_parsers[i].type)) { 中出现了段错误，args数组的索引操作尝试对一个空指针进行解引用。

增加堆栈的大小，可以通过手动编辑汇编或在函数中添加一个printf("")调用来实现，这使得它不再出现段错误，同样也可以通过使args数组更大（例如将num_args加一）来实现。

总之，以下任何一项都可以避免段错误：
- 使用除clang 10以外的编译器
- 修改汇编代码，使动态分配之前的堆栈大小为80字节或更多（编译结果为64个字节）
- 使用具有奇数个标记的输入字符串
- 将args作为具有正确数量的标记（或更多）的定长数组进行分配
- 将args作为至少具有num_args + 1个元素的可变长度数组进行分配
请注意，在Linux上使用clang 7编译时，动态分配之前的堆栈大小仍为64字节，但是代码不会出现段错误。

我希望有人能够解释为什么会发生这种情况，以及是否有任何方法可以使这段代码在clang 10上编译正确。

- Samuel Dewan

你确定你不想使用 char *args[num_args+1]; 吗？精确性是好的，但我发现为自己留出一点余地通常可以节省时间，以防我在某个地方出现了一个单元错误。实际上我很确定你有一个单元错误：在通过 strsep 循环进行 N 次（即 num_args 次）之后，你开始制作第 N+1 次循环，也就是你发现 strsep 返回 NULL 的那一次循环。但是你已经将该 NULL 指针存储在 args [num_args] 中，从而导致了溢出。 - Steve Summit

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顺便说一句：非常感谢您提供了简化版本的代码！许多新贡献者都会忽略这一步骤。 - Steve Summit

1个回答

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可以查看英文原文，
原文链接

- Steve Summit · Accepted Answer

当诸如编译器的特定版本等几乎无关紧要的因素似乎会产生影响时，这很可能意味着您在某些地方存在未定义的行为。

您正确计算逗号以预先确定字段的精确数量，num_args。您分配了一个数组，只有勉强足够容纳这些字段：

char *args[num_args];

但是当您运行此循环时：

for (uint16_t i = 0; (args[i] = strsep(&line, ",")) != NULL; i++);

在这个循环中，将会有 `num_args` 次通过 `strsep` 返回非空指针并填入到 `args[0]` 到 `args[num_args-1]` 中的操作，这正是您想要的，也是可以接受的。但之后还会有一个调用 `strsep` 的过程，该过程返回空指针并终止循环，但是这个空指针也会被存储到 `args` 数组中，并且确切地存储到了最末尾的 `args[num_args]` 中。换句话说，数组溢出了。

有两种方法可以解决这个问题。您可以使用一个额外的变量来捕获和测试 `strsep` 的返回值，在将其存储到 `args` 数组中之前进行测试。

char *p;
for (uint16_t i = 0; (p = strsep(&line, ",")) != NULL; i++)
    args[i] = p;

这样做的好处是您将拥有一个更常规的循环，带有实际的主体。或者，您可以声明args数组比它实际需要的大一个，这意味着它有空间存储在args[num_args]中的最后一个NULL指针。

char *args[num_args+1];

这样做的好处是，您总是可以向解析函数传递“以NULL结尾的数组”，这对它们非常方便（正好与调用main的方式相匹配）。