即使是最好的程序员也会产生编程错误。根据你的程序所做的事情，这些错误可能会引入安全漏洞，导致程序崩溃，或产生意外的行为。
C编程语言有时会得到不好的名声，因为它不像最近的编程语言（包括Rust）那样具有内存安全性。但只要有一点额外的代码，你就可以避免最常见和最严重的C语言编程错误。这里有五个可能破坏你的应用程序的bug以及你如何避免它们。
1.未初始化的变量
当程序启动时，系统会给它分配一个内存块，程序用它来存储数据。这意味着你的变量将得到程序启动时内存中的任何随机值。
有些环境会在程序启动时故意将内存 "清零"，因此每个变量都以零值开始。在你的程序中，假设所有的变量都从零开始是很诱人的。然而，C语言编程规范说，系统不对变量进行初始化。
考虑一个使用几个变量和两个数组的示例程序。
#include
#include
int
main()
{
int i, j, k;
int numbers[5];
int *array;
puts("These variables are not initialized:");
printf(" i = %d\n", i);
printf(" j = %d\n", j);
printf(" k = %d\n", k);
puts("This array is not initialized:");
for (i = 0; i < 5; i++) {
printf(" numbers[%d] = %d\n", i, numbers[i]);
}
puts("malloc an array ...");
array = malloc(sizeof(int) * 5);
if (array) {
puts("This malloc'ed array is not initialized:");
for (i = 0; i < 5; i++) {
printf(" array[%d] = %d\n", i, array[i]);
}
free(array);
}
/* done */
puts("Ok");
return 0;
}
该程序没有初始化这些变量，所以它们以系统当时在内存中的任何数值开始。在我的Linux系统上编译和运行这个程序，你会看到一些变量恰好有 "零 "值，但其他变量却没有。
These variables are not initialized:
i = 0
j = 0
k = 32766
This array is not initialized:
numbers[0] = 0
numbers[1] = 0
numbers[2] = 4199024
numbers[3] = 0
numbers[4] = 0
malloc an array ...
This malloc'ed array is not initialized:
array[0] = 0
array[1] = 0
array[2] = 0
array[3] = 0
array[4] = 0
Ok
幸运的是，i 和j 变量的起始值为零，但k 的起始值为 32766。在数字数组中，大多数元素也碰巧以零开始，除了第三个元素，它的初始值为4199024。
在不同的系统上编译同一程序，进一步显示了未初始化变量的危险。不要假设 "全世界都在运行Linux"，因为有一天，你的程序可能会在不同的平台上运行。例如，这里是在FreeDOS上运行的同一个程序。
These variables are not initialized:
i = 0
j = 1074
k = 3120
This array is not initialized:
numbers[0] = 3106
numbers[1] = 1224
numbers[2] = 784
numbers[3] = 2926
numbers[4] = 1224
malloc an array ...
This malloc'ed array is not initialized:
array[0] = 3136
array[1] = 3136
array[2] = 14499
array[3] = -5886
array[4] = 219
Ok
始终初始化你的程序的变量。如果你认为一个变量将以零值开始，请添加额外的代码，将零值分配给该变量。这种额外的输入方式将为你以后的调试工作省去麻烦。
2.超出数组的界限
在C语言中，数组从数组索引0开始。这意味着一个有10个元素的数组从0到9，或者一个有1000个元素的数组从0到999。
一些程序员有时会忘记这一点，并引入 "偏离一 "的错误，他们引用数组从一开始。在一个有五个元素的数组中，程序员想在数组元素 "5 "处找到的值实际上不是数组的第五个元素。相反，它是内存中的一些其他值，与数组完全没有关联。
这里有一个例子，它远远超出了数组的范围。这个程序从一个只有5个元素的数组开始，但引用了这个范围之外的数组元素。
#include
#include
int
main()
{
int i;
int numbers[5];
int *array;
/* test 1 */
puts("This array has five elements (0 to 4)");
/* initalize the array */
for (i = 0; i < 5; i++) {
numbers[i] = i;
}
/* oops, this goes beyond the array bounds: */
for (i = 0; i < 10; i++) {
printf(" numbers[%d] = %d\n", i, numbers[i]);
}
/* test 2 */
puts("malloc an array ...");
array = malloc(sizeof(int) * 5);
if (array) {
puts("This malloc'ed array also has five elements (0 to 4)");
/* initalize the array */
for (i = 0; i < 5; i++) {
array[i] = i;
}
/* oops, this goes beyond the array bounds: */
for (i = 0; i < 10; i++) {
printf(" array[%d] = %d\n", i, array[i]);
}
free(array);
}
/* done */
puts("Ok");
return 0;
}
请注意，程序初始化了数组的所有数值，从0到4，但随后试图读取0到9，而不是0到4。前五个数值是正确的，但之后你不知道数值会是什么。
This array has five elements (0 to 4)
numbers[0] = 0
numbers[1] = 1
numbers[2] = 2
numbers[3] = 3
numbers[4] = 4
numbers[5] = 0
numbers[6] = 4198512
numbers[7] = 0
numbers[8] = 1326609712
numbers[9] = 32764
malloc an array ...
This malloc'ed array also has five elements (0 to 4)
array[0] = 0
array[1] = 1
array[2] = 2
array[3] = 3
array[4] = 4
array[5] = 0
array[6] = 133441
array[7] = 0
array[8] = 0
array[9] = 0
Ok
当引用数组时，要始终跟踪其大小。将其存储在一个变量中；不要硬编码一个数组的大小。否则，当你后来更新程序以使用不同的数组大小时，你的程序可能会偏离数组的边界，但你却忘记了改变硬编码的数组长度。
3.溢出字符串
字符串只是一个不同类型的数组。在C语言中，字符串是一个由char 值组成的数组，用一个零字符来表示字符串的结束。
因此，像数组一样，你需要避免超出字符串的范围。这有时被称为溢出字符串。
溢出字符串的一个简单方法是用gets 函数读取数据。gets 函数是非常危险的，因为它不知道它能在一个字符串中存储多少数据，而且它天真地从用户那里读取数据。如果你的用户输入的是短字符串，如foo ，这是很好的，但当用户输入的值对你的字符串值来说太长时，就会造成灾难性的后果。
下面是一个使用gets 函数读取一个城市名称的示例程序。在这个程序中，我还添加了一些未使用的变量，以显示字符串溢出会如何影响其他数据。
#include
#include
int
main()
{
char name[10]; /* Such as "Chicago" */
int var1 = 1, var2 = 2;
/* show initial values */
printf("var1 = %d; var2 = %d\n", var1, var2);
/* this is bad .. please don't use gets */
puts("Where do you live?");
gets(name);
/* show ending values */
printf("<%s> is length %d\n", name, strlen(name));
printf("var1 = %d; var2 = %d\n", var1, var2);
/* done */
puts("Ok");
return 0;
}
当你测试类似的短的城市名称时，那个程序可以正常工作，比如伊利诺伊州的Chicago 或北卡罗来纳州的Raleigh 。
var1 = 1; var2 = 2
Where do you live?
Raleigh
is length 7
var1 = 1; var2 = 2
Ok
威尔士的城镇Llanfairpwllgwyngyllgogerychwyrndrobwllllantysiliogogogoch ，是世界上最长的名字之一。这个字符串有58个字符，远远超过了name 变量中保留的10个字符。因此，程序在内存的其他区域存储数值，包括var1 和var2 的数值。
var1 = 1; var2 = 2
Where do you live?
Llanfairpwllgwyngyllgogerychwyrndrobwllllantysiliogogogoch
is length 58
var1 = 2036821625; var2 = 2003266668
Ok
Segmentation fault (core dumped)
在中止之前，程序用这个长字符串覆盖了内存的其他部分。注意，var1 和var2 不再有它们的起始值1 和2 。
避免使用gets ，并使用更安全的方法来读取用户数据。例如，getline 函数将分配足够的内存来存储用户的输入，因此用户不能通过输入一个长值来意外地溢出字符串。
4.两次释放内存
良好的C语言编程规则之一是，"如果你分配了内存，你应该释放它"。程序可以使用malloc 函数为数组和字符串分配内存，该函数保留一个内存块并返回一个指向内存起始地址的指针。之后，程序可以使用free 函数释放内存，该函数使用指针将内存标记为未使用。
然而，你应该只使用一次free 函数。第二次调用free 将导致意外的行为，可能会破坏你的程序。这里有一个简短的例子程序来说明这一点。它分配了内存，然后立即释放它。但是像一个健忘但有条理的程序员一样，我也在程序结束时释放了内存，结果是释放了两次相同的内存。
#include
#include
int
main()
{
int *array;
puts("malloc an array ...");
array = malloc(sizeof(int) * 5);
if (array) {
puts("malloc succeeded");
puts("Free the array...");
free(array);
}
puts("Free the array...");
free(array);
puts("Ok");
}
运行这个程序，在第二次使用free 函数时，导致了戏剧性的失败。
malloc an array ...
malloc succeeded
Free the array...
Free the array...
free(): double free detected in tcache 2
Aborted (core dumped)
避免在一个数组或字符串上调用free 一次以上。避免两次释放内存的方法之一是将malloc 和free 函数放在同一个函数中。
例如，一个接龙程序可能在主函数中为一副牌分配内存，然后在其他函数中使用这副牌来玩游戏。在主函数中释放内存，而不是其他函数。将malloc 和free 语句放在一起，有助于避免多次释放内存。
5.使用无效的文件指针
文件是存储数据的一种方便的方式。例如，你可以将你的程序的配置数据存储在一个叫做config.dat 的文件中。Bash shell从用户的主目录中的.bash_profile 读取其初始脚本。GNU Emacs编辑器寻找文件.emacs ，以获得其起始值。而Zoom会议客户端使用zoomus.conf 文件来读取其程序配置。
因此，从文件中读取数据的能力对几乎所有的程序都很重要。但是，如果你想读取的文件不在那里呢？
要在C语言中读取一个文件，你首先要用fopen 函数打开该文件，该函数返回一个指向该文件的流指针。你可以用这个指针和其他函数一起读取数据，比如fgetc ，一次读取一个字符的文件。
如果你想读取的文件不在那里，或者不能被你的程序读取，那么fopen 函数将返回NULL 作为文件指针，这表明文件指针是无效的。但这里有一个示例程序，它无辜地不检查fopen 是否返回NULL ，并试图读取该文件，不管怎样。
#include
int
main()
{
FILE *pfile;
int ch;
puts("Open the FILE.TXT file ...");
pfile = fopen("FILE.TXT", "r");
/* you should check if the file pointer is valid, but we skipped that */
puts("Now display the contents of FILE.TXT ...");
while ((ch = fgetc(pfile)) != EOF) {
printf("<%c>", ch);
}
fclose(pfile);
/* done */
puts("Ok");
return 0;
}
当你运行这个程序时，对fgetc 的第一次调用导致了惊人的失败，并且程序立即中止。
Open the FILE.TXT file ...
Now display the contents of FILE.TXT ...
Segmentation fault (core dumped)
始终检查文件指针以确保它是有效的。例如，在调用fopen 来打开一个文件后，用类似if (pfile != NULL) 的东西来检查指针的值，以确保该指针是你可以使用的。
我们都会犯错误，编程错误发生在最好的程序员身上。但是如果你遵循这些准则，并添加一点额外的代码来检查这五种类型的错误，你就可以避免最严重的C语言编程错误。前面的几行代码来捕捉这些错误，可能会节省你以后几个小时的调试时间。
