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Making your C++ code robust

分享 2011.07.20 瀏覽次數(shù)：8260次

 Making your C++ code robust

  • Introduction

       在實(shí)際的項(xiàng)目中,當(dāng)項(xiàng)目的代碼量不斷增加的時(shí)候，你會(huì)發(fā)現(xiàn)越來越難管理和跟蹤其各個(gè)組件，如其不善，很容易就引入BUG。因此、我們應(yīng)該掌握一些能讓我們程序更加健壯的方法。

       這篇文章提出了一些建議，能有引導(dǎo)我們寫出更加強(qiáng)壯的代碼，以避免產(chǎn)生災(zāi)難性的錯(cuò)誤。即使、因?yàn)槠鋸?fù)雜性和項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)，你的程序目前不遵循任何編碼規(guī)則，按照下面列出的簡單的規(guī)則可以幫助您避免大多數(shù)的崩潰情況。

  • Background

        先來介紹下作者開發(fā)一些軟件(CrashRpt),你可以http://code.google.com/p/crashrpt/網(wǎng)站上下載源代碼。CrashRpt 顧名思義軟件崩潰記錄軟件（庫），它能夠自動(dòng)提交你電腦上安裝的軟件錯(cuò)誤記錄。它通過以太網(wǎng)直接將這些錯(cuò)誤記錄發(fā)送給你，這樣方便你跟蹤軟件問題，并及時(shí)修改，使得用戶感覺到每次發(fā)布的軟件都有很大的提高，這樣他們自然很高興。

圖 1、CrashRpt 庫檢測到錯(cuò)誤彈出的對話框

       在分析接收的錯(cuò)誤記錄的時(shí)候,我們發(fā)現(xiàn)采用下文介紹的方法能夠避免大部分程序崩潰的錯(cuò)誤。例如、局部變量未初始化導(dǎo)致數(shù)組訪問越界，指針使用前未進(jìn)行檢測（NULL）導(dǎo)致訪問訪問非法區(qū)域等。

      我已經(jīng)總結(jié)了幾條代碼設(shè)計(jì)的方法和規(guī)則，在下文一一列出，希望能夠幫助你避免犯一些錯(cuò)誤，使得你的程序更加健壯。

  • Initializing Local Variables 

     使用未初始化的局部變量是引起程序崩潰的一個(gè)比較普遍的原因，例如、來看下面這段程序片段：

  1. // Define local variables   
  2. BOOL bExitResult; // This will be TRUE if the function exits successfully   
  3. FILE* f; // Handle to file   
  4. TCHAR szBuffer[_MAX_PATH];   // String buffer   
  5.     
  6. // Do something with variables above...   

     上面的這段代碼存在著一個(gè)潛在的錯(cuò)誤，因?yàn)闆]有一個(gè)局部變量初始化了。當(dāng)你的代碼運(yùn)行的時(shí)候，這些變量將被默認(rèn)負(fù)一些錯(cuò)誤的數(shù)值。例如bExitResult 數(shù)值將被負(fù)為-135913245 ，szBuffer 必須以“\0”結(jié)尾,結(jié)果不會(huì)。因此、局部變量初始化時(shí)非常重要的，如下正確代碼：

  1. // Define local variables   
  2.   
  3. // Initialize function exit code with FALSE to indicate failure assumption   
  4. BOOL bExitResult = FALSE; // This will be TRUE if the function exits successfully   
  5. // Initialize file handle with NULL   
  6. FILE* f = NULL; // Handle to file   
  7. // Initialize string buffer with empty string   
  8. TCHAR szBuffer[_MAX_PATH] = _T("");   // String buffer   
  9. // Do something with variables above...   

    注意：有人說變量初始化會(huì)引起程序效率降低，是的，確實(shí)如此，如果你確實(shí)非常在乎程序的執(zhí)行效率，去除局部變量初始化，你得想好其后果。

  • Initializing WinAPI Structures

       許多Windows API都接受或則返回一些結(jié)構(gòu)體參數(shù)，結(jié)構(gòu)體如果沒有正確的初始化，也很有可能引起程序崩潰。大家可能會(huì)想起用ZeroMemory宏或者memset()函數(shù)去用0填充這個(gè)結(jié)構(gòu)體(對結(jié)構(gòu)體對應(yīng)的元素設(shè)置默認(rèn)值)。但是大部分Windows API 結(jié)構(gòu)體都必須有一個(gè)cbSIze參數(shù),這個(gè)參數(shù)必須設(shè)置為這個(gè)結(jié)構(gòu)體的大小。

       看看下面代碼，如何初始化Windows API結(jié)構(gòu)體參數(shù):

  1. NOTIFYICONDATA nf; // WinAPI structure   
  2. memset(&nf,0,sizeof(NOTIFYICONDATA)); // Zero memory   
  3. nf.cbSize = sizeof(NOTIFYICONDATA); // Set structure size!   
  4. // Initialize other structure members   
  5. nf.hWnd = hWndParent;  
  6. nf.uID = 0;     
  7. nf.uFlags = NIF_ICON | NIF_TIP;  
  8. nf.hIcon = ::LoadIcon(NULL, IDI_APPLICATION);  
  9. _tcscpy_s(nf.szTip, 128, _T("Popup Tip Text"));  
  10.         
  11. // Add a tray icon   
  12. Shell_NotifyIcon(NIM_ADD, &nf);  

      注意:千萬不要用ZeroMemory和memset去初始化那些包括結(jié)構(gòu)體對象的結(jié)構(gòu)體,這樣很容易破壞其內(nèi)部結(jié)構(gòu)體,從而導(dǎo)致程序崩潰.

  1. // Declare a C++ structure   
  2. struct ItemInfo  
  3. {  
  4.   std::string sItemName; // The structure has std::string object inside   
  5.   int nItemValue;  
  6. };   
  7.   
  8. // Init the structure   
  9. ItemInfo item;  
  10. // Do not use memset()! It can corrupt the structure   
  11. // memset(&item, 0, sizeof(ItemInfo));   
  12. // Instead use the following   
  13. item.sItemName = "item1";  
  14. item.nItemValue = 0;   
  15.    這里最好是用結(jié)構(gòu)體的構(gòu)造函數(shù)對其成員進(jìn)行初始化.  
  16.   
  17. // Declare a C++ structure   
  18. struct ItemInfo  
  19. {  
  20.   // Use structure constructor to set members with default values   
  21.   ItemInfo()  
  22.   {  
  23.     sItemName = _T("unknown");  
  24.     nItemValue = -1;  
  25.   }  
  26.         
  27.   std::string sItemName; // The structure has std::string object inside   
  28.   int nItemValue;  
  29. };  
  30. // Init the structure   
  31. ItemInfo item;  
  32. // Do not use memset()! It can corrupt the structure   
  33. // memset(&item, 0, sizeof(ItemInfo));   
  34. // Instead use the following   
  35. item.sItemName = "item1";  
  36. item.nItemValue = 0;      
  • Validating Function Input 

      在函數(shù)設(shè)計(jì)的時(shí)候,對傳入的參數(shù)進(jìn)行檢測是一直都推薦的。例如、如果你設(shè)計(jì)的函數(shù)是公共API的一部分,它可能被外部客戶端調(diào)用，這樣很難保證客戶端傳進(jìn)入的參數(shù)就是正確的。

      例如，讓我們來看看這個(gè)hypotethical DrawVehicle() 函數(shù)，它可以根據(jù)不同的質(zhì)量來繪制一輛跑車，這個(gè)質(zhì)量數(shù)值（nDrawingQaulity ）是0~100。prcDraw 定義這輛跑車的輪廓區(qū)域。

      看看下面代碼，注意觀察我們是如何在使用函數(shù)參數(shù)之前進(jìn)行參數(shù)檢測：

  1. BOOL DrawVehicle(HWND hWnd, LPRECT prcDraw, int nDrawingQuality)  
  2.   {  
  3.     // Check that window is valid   
  4.     if(!IsWindow(hWnd))  
  5.       return FALSE;  
  6.    
  7.     // Check that drawing rect is valid   
  8.     if(prcDraw==NULL)  
  9.       return FALSE;  
  10.    
  11.     // Check drawing quality is valid   
  12.     if(nDrawingQuality<0 || nDrawingQuality>100)  
  13.       return FALSE;  
  14.      
  15.     // Now it's safe to draw the vehicle   
  16.    
  17.     // ...   
  18.    
  19.     return TRUE;  
  20.   }  
  • Validating Pointers

       在指針使用之前，不檢測是非常普遍的，這個(gè)可以說是我們引起軟件崩潰最有可能的原因。如果你用一個(gè)指針，這個(gè)指針剛好是NULL,那么你的程序在運(yùn)行時(shí),將報(bào)出異常。

  1. CVehicle* pVehicle = GetCurrentVehicle();  
  2.   
  3. // Validate pointer   
  4. if(pVehicle==NULL)  
  5. {  
  6.   // Invalid pointer, do not use it!   
  7.   return FALSE;  
  8. }  
  • Initializing Function Output

     如果你的函數(shù)創(chuàng)建了一個(gè)對象，并要將它作為函數(shù)的返回參數(shù)。那么記得在使用之前把他復(fù)制為NULL。如不然，這個(gè)函數(shù)的調(diào)用者將使用這個(gè)無效的指針，進(jìn)而一起程序錯(cuò)誤。如下錯(cuò)誤代碼：

  1. int CreateVehicle(CVehicle** ppVehicle)  
  2.   {  
  3.     if(CanCreateVehicle())  
  4.     {  
  5.       *ppVehicle = new CVehicle();  
  6.       return 1;  
  7.     }      
  8.    
  9.     // If CanCreateVehicle() returns FALSE,   
  10.     // the pointer to *ppVehcile would never be set!   
  11.     return 0;  
  12.   }  
  13.   
  14.       正確的代碼如下；  
  15.   
  16.   int CreateVehicle(CVehicle** ppVehicle)  
  17.   {  
  18.     // First initialize the output parameter with NULL   
  19.     *ppVehicle = NULL;  
  20.    
  21.     if(CanCreateVehicle())  
  22.     {  
  23.       *ppVehicle = new CVehicle();  
  24.       return 1;  
  25.     }      
  26.    
  27.     return 0;  
  28.   }  
  • Cleaning Up Pointers to Deleted Objects

     在內(nèi)存釋放之后,無比將指針復(fù)制為NULL。這樣可以確保程序的沒有那個(gè)地方會(huì)再使用無效指針。其實(shí)就是，訪問一個(gè)已經(jīng)被刪除的對象地址，將引起程序異常。如下代碼展示如何清除一個(gè)指針指向的對象：

  1. // Create object   
  2. CVehicle* pVehicle = new CVehicle();  
  3. delete pVehicle; // Free pointer   
  4. pVehicle = NULL; // Set pointer with NULL  
  • Cleaning Up Released Handles 

      在釋放一個(gè)句柄之前，務(wù)必將這個(gè)句柄復(fù)制偽NULL （0或則其他默認(rèn)值）。這樣能夠保證程序其他地方不會(huì)重復(fù)使用無效句柄。看看如下代碼，如何清除一個(gè)Windows ＡＰＩ的文件句柄：

  1. HANDLE hFile = INVALID_HANDLE_VALUE;   
  2.   
  3. // Open file   
  4. hFile = CreateFile(_T("example.dat"), FILE_READ|FILE_WRITE, FILE_OPEN_EXISTING);  
  5. if(hFile==INVALID_HANDLE_VALUE)  
  6. {  
  7.   return FALSE; // Error opening file   
  8. }  
  9.   
  10. // Do something with file   
  11.   
  12. // Finally, close the handle   
  13. if(hFile!=INVALID_HANDLE_VALUE)  
  14. {  
  15.   CloseHandle(hFile);   // Close handle to file   
  16.   hFile = INVALID_HANDLE_VALUE;   // Clean up handle   
  17. }   

     下面代碼展示如何清除File *句柄：

  1. // First init file handle pointer with NULL   
  2. FILE* f = NULL;  
  3.   
  4. // Open handle to file   
  5. errno_t err = _tfopen_s(_T("example.dat"), _T("rb"));  
  6. if(err!=0 || f==NULL)  
  7.   return FALSE; // Error opening file   
  8.   
  9. // Do something with file   
  10.   
  11. // When finished, close the handle   
  12. if(f!=NULL) // Check that handle is valid   
  13. {  
  14.   fclose(f);  
  15.   f = NULL; // Clean up pointer to handle   
  16. }   
  • Using delete [] Operator for Arrays 

     如果你分配一個(gè)單獨(dú)的對象，可以直接使用new ，同樣你釋放單個(gè)對象的時(shí)候,可以直接使用delete . 然而,申請一個(gè)對象數(shù)組對象的時(shí)候可以使用new,但是釋放的時(shí)候就不能使用delete ,而必須使用delete[]：

  1.  // Create an array of objects   
  2.  CVehicle* paVehicles = new CVehicle[10];  
  3.  delete [] paVehicles; // Free pointer to array   
  4.  paVehicles = NULL; // Set pointer with NULL   
  5. or  
  6.  // Create a buffer of bytes   
  7.  LPBYTE pBuffer = new BYTE[255];  
  8.  delete [] pBuffer; // Free pointer to array   
  9.  pBuffer = NULL; // Set pointer with NULL  
  • Allocating Memory Carefully 

     有時(shí)候，程序需要?jiǎng)討B(tài)分配一段緩沖區(qū)，這個(gè)緩沖區(qū)是在程序運(yùn)行的時(shí)候決定的。例如、你需要讀取一個(gè)文件的內(nèi)容，那么你就需要申請?jiān)撐募笮〉木彌_區(qū)來保存該文件的內(nèi)容。在申請這段內(nèi)存之前，請注意，malloc() or new是不能申請0字節(jié)的內(nèi)存，如不然，將導(dǎo)致malloc() or new函數(shù)調(diào)用失敗。傳遞錯(cuò)誤的參數(shù)給malloc() 函數(shù)將導(dǎo)致C運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤。如下代碼展示如何動(dòng)態(tài)申請內(nèi)存：

  1. // Determine what buffer to allocate.   
  2. UINT uBufferSize = GetBufferSize();   
  3.   
  4. LPBYTE* pBuffer = NULL; // Init pointer to buffer   
  5.   
  6. // Allocate a buffer only if buffer size > 0   
  7. if(uBufferSize>0)  
  8.  pBuffer = new BYTE[uBufferSize];  

      為了進(jìn)一步了解如何正確的分配內(nèi)存，你可以讀下Secure Coding Best Practices for Memory Allocation in C and C++這篇文章。

  • Using Asserts Carefully

       Asserts用語調(diào)試模式檢測先決條件和后置條件。但當(dāng)我們編譯器處于release模式的時(shí)候，Asserts在預(yù)編階段被移除。因此，用Asserts是不能夠檢測我們的程序狀態(tài),錯(cuò)誤代碼如下：

  1. #include <assert.h>   
  2.    
  3.  // This function reads a sports car's model from a file   
  4.  CVehicle* ReadVehicleModelFromFile(LPCTSTR szFileName)  
  5.  {  
  6.    CVehicle* pVehicle = NULL; // Pointer to vehicle object   
  7.   
  8.    // Check preconditions   
  9.    assert(szFileName!=NULL); // This will be removed by preprocessor in Release mode!   
  10.    assert(_tcslen(szFileName)!=0); // This will be removed in Release mode!   
  11.   
  12.    // Open the file   
  13.    FILE* f = _tfopen(szFileName, _T("rt"));  
  14.   
  15.    // Create new CVehicle object   
  16.    pVehicle = new CVehicle();  
  17.   
  18.    // Read vehicle model from file   
  19.   
  20.    // Check postcondition    
  21.    assert(pVehicle->GetWheelCount()==4); // This will be removed in Release mode!   
  22.   
  23.    // Return pointer to the vehicle object   
  24.    return pVehicle;  
  25.  }  

      看看上述的代碼，Asserts能夠在debug模式下檢測我們的程序,在release 模式下卻不能。所以我們還是不得不用if()來這步檢測操作。正確的代碼如下；

  1. CVehicle* ReadVehicleModelFromFile(LPCTSTR szFileName, )  
  2.  {  
  3.    CVehicle* pVehicle = NULL; // Pointer to vehicle object   
  4.   
  5.    // Check preconditions   
  6.    assert(szFileName!=NULL); // This will be removed by preprocessor in Release mode!   
  7.    assert(_tcslen(szFileName)!=0); // This will be removed in Release mode!   
  8.   
  9.    if(szFileName==NULL || _tcslen(szFileName)==0)  
  10.      return NULL; // Invalid input parameter   
  11.   
  12.    // Open the file   
  13.    FILE* f = _tfopen(szFileName, _T("rt"));  
  14.   
  15.    // Create new CVehicle object   
  16.    pVehicle = new CVehicle();  
  17.   
  18.    // Read vehicle model from file   
  19.   
  20.    // Check postcondition    
  21.    assert(pVehicle->GetWheelCount()==4); // This will be removed in Release mode!   
  22.   
  23.    if(pVehicle->GetWheelCount()!=4)  
  24.    {   
  25.      // Oops... an invalid wheel count was encountered!     
  26.      delete pVehicle;   
  27.      pVehicle = NULL;  
  28.    }  
  29.   
  30.    // Return pointer to the vehicle object   
  31.    return pVehicle;  
  32.  }  
  • Checking Return Code of a Function 

        斷定一個(gè)函數(shù)執(zhí)行一定成功是一種常見的錯(cuò)誤。當(dāng)你調(diào)用一個(gè)函數(shù)的時(shí)候，建議檢查下返回代碼和返回參數(shù)的值。如下代碼持續(xù)調(diào)用Windows API ,程序是否繼續(xù)執(zhí)行下去依賴于該函數(shù)的返回結(jié)果和返回參數(shù)值。

  1. HRESULT hres = E_FAIL;  
  2.     IWbemServices *pSvc = NULL;  
  3.     IWbemLocator *pLoc = NULL;  
  4.       
  5.     hres =  CoInitializeSecurity(  
  6.         NULL,   
  7.         -1,                          // COM authentication   
  8.         NULL,                        // Authentication services   
  9.         NULL,                        // Reserved   
  10.         RPC_C_AUTHN_LEVEL_DEFAULT,   // Default authentication    
  11.         RPC_C_IMP_LEVEL_IMPERSONATE, // Default Impersonation     
  12.         NULL,                        // Authentication info   
  13.         EOAC_NONE,                   // Additional capabilities    
  14.         NULL                         // Reserved   
  15.         );  
  16.                         
  17.     if (FAILED(hres))  
  18.     {  
  19.         // Failed to initialize security   
  20.         if(hres!=RPC_E_TOO_LATE)   
  21.            return FALSE;  
  22.     }  
  23.       
  24.     hres = CoCreateInstance(  
  25.         CLSID_WbemLocator,               
  26.         0,  &n, bsp;
  27.         CLSCTX_INPROC_SERVER,   
  28.         IID_IWbemLocator, (LPVOID *) &pLoc);  
  29.     if (FAILED(hres) || !pLoc)  
  30.     {  
  31.         // Failed to create IWbemLocator object.    
  32.         return FALSE;                 
  33.     }  
  34.      
  35.     hres = pLoc->ConnectServer(  
  36.          _bstr_t(L"ROOT\\CIMV2"), // Object path of WMI namespace   
  37.          NULL,                    // User name. NULL = current user   
  38.          NULL,                    // User password. NULL = current   
  39.          0,                       // Locale. NULL indicates current   
  40.          NULL,                    // Security flags.   
  41.          0,                       // Authority (e.g. Kerberos)   
  42.          0,                       // Context object    
  43.          &pSvc                    // pointer to IWbemServices proxy   
  44.          );  
  45.       
  46.     if (FAILED(hres) || !pSvc)  
  47.     {  
  48.         // Couldn't conect server   
  49.         if(pLoc) pLoc->Release();       
  50.         return FALSE;    
  51.     }  
  52.     hres = CoSetProxyBlanket(  
  53.        pSvc,                        // Indicates the proxy to set   
  54.        RPC_C_AUTHN_WINNT,           // RPC_C_AUTHN_xxx   
  55.        RPC_C_AUTHZ_NONE,            // RPC_C_AUTHZ_xxx   
  56.        NULL,                        // Server principal name    
  57.        RPC_C_AUTHN_LEVEL_CALL,      // RPC_C_AUTHN_LEVEL_xxx    
  58.        RPC_C_IMP_LEVEL_IMPERSONATE, // RPC_C_IMP_LEVEL_xxx   
  59.        NULL,                        // client identity   
  60.        EOAC_NONE                    // proxy capabilities    
  61.     );  
  62.     if (FAILED(hres))  
  63.     {  
  64.         // Could not set proxy blanket.   
  65.         if(pSvc) pSvc->Release();  
  66.         if(pLoc) pLoc->Release();       
  67.         return FALSE;                 
  68.     }   
  • Using Smart Pointers

       如果你經(jīng)常使用用享對象指針，如COM 接口等，那么建議使用智能指針來處理。智能指針會(huì)自動(dòng)幫助你維護(hù)對象引用記數(shù)，并且保證你不會(huì)訪問到被刪除的對象。這樣，不需要關(guān)心和控制接口的生命周期。關(guān)于智能指針的進(jìn)一步知識可以看看Smart Pointers - What, Why, Which? 和 Implementing a Simple Smart Pointer in C++這兩篇文章。

       如面是一個(gè)展示使用ATL's CComPtr template 智能指針的代碼，該部分代碼來至于MSDN。

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      杭州帷拓科技有限公司，是一家新型的全案網(wǎng)絡(luò)開發(fā)公司，作為以互聯(lián)網(wǎng)高端網(wǎng)站建設(shè)、APP開發(fā)、小程序開發(fā)為核心的專業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)服務(wù)供應(yīng)商，帷拓科技致力于全面分析市場環(huán)境、衡量與預(yù)測市場需求、整合區(qū)別于行業(yè)競爭對手的絕對優(yōu)勢，結(jié)合品牌理念深度挖掘項(xiàng)目優(yōu)勢和產(chǎn)品價(jià)值，提升客戶品牌認(rèn)知、認(rèn)可度。

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      帷拓科技?xì)v經(jīng)十年沉淀，與國內(nèi)外上千家客戶達(dá)成合作關(guān)系，其中穩(wěn)定合作的公司有：浙江華為、浙江移動(dòng)、浙江5G產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、浙江省社科院、綠城足球俱樂部、娃哈哈雙語學(xué)校、健康中國杭州峰會(huì)、科雷機(jī)電等，帷拓科技始終堅(jiān)持“帷有專業(yè)，才能拓展無限”的服務(wù)理念，堅(jiān)持“認(rèn)真堅(jiān)持細(xì)節(jié)”的優(yōu)質(zhì)服務(wù)理念，不斷完善自身，成就企業(yè)，最終實(shí)現(xiàn)共贏。

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