调试C程序时GDB断点触发异常：为何i值跳过3？

待调试的C程序 #

/*
 * Copyright (c) 2020, Dive into Systems, LLC (https://diveintosystems.org/)
 * Program with some bugs in the findAndReturnMax function
 */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

/***************************************
 * this function should find the largest element in the array and
 * "return" it through max
 *  array: array of integer values
 *  len: size of the array
 *  max: set to the largest value in the array
 *      returns: 0 on success and non-zero on an error
 */
int findAndReturnMax(int *array1, int len, int max) {

    int i;

    if (!array1 || (len <=0) ) {
        return -1;
    }
    max = array1[0];
    for (i=1; i <= len; i++) {
        if (max < array1[i]) {
            max = array1[i];
        }
    }
    return 0;
}

/***************************************/
int main(int argc, char *argv[]) {

    int arr[5] = { 17, 21, 44, 2, 60 };

    int max = arr[0];

    if ( findAndReturnMax(arr, 5, max) != 0 ) {
        printf("strange error\n");
        exit(1);
    }
    printf("max value in the array is %d\n", max);

    return 0;
}

GDB调试会话记录 #

tetyang@tet:~/clash/clash/learn_c$ gdb badprog 

(gdb) break 27
Breakpoint 1 at 0x11fc: file badprog.c, line 27.
(gdb) run
Starting program: /home/tetyang/clash/clash/learn_c/badprog 
[Thread debugging using libthread_db enabled]
Using host libthread_db library "/lib/x86_64-linux-gnu/libthread_db.so.1".

Breakpoint 1, findAndReturnMax (array1=0x7fffffffdb30, len=5, max=17) at badprog.c:27
27              max = array1[i];
(gdb) print i
$1 = 1
(gdb) cont
Continuing.

Breakpoint 1, findAndReturnMax (array1=0x7fffffffdb30, len=5, max=21) at badprog.c:27
27              max = array1[i];
(gdb) print i
$2 = 2
(gdb) cont
Continuing.

Breakpoint 1, findAndReturnMax (array1=0x7fffffffdb30, len=5, max=44) at badprog.c:27
27              max = array1[i];
(gdb) print i
$3 = 4
(gdb) cont
Continuing.
max value in the array is 17
[Inferior 1 (process 690122) exited normally]
(gdb) 

问题原因分析 #

你看到的不是“一次执行两次断点”，而是部分循环迭代没有执行到断点所在的代码行，具体原因如下：

• 断点位置的条件性执行：断点设在第27行max = array1[i];，这行代码被包裹在if (max < array1[i])条件判断中。只有当当前数组元素array1[i]大于当前max值时，才会执行这行代码，触发断点：
  • 当i=3时，数组元素是2，此时max的值是44，44 < 2不成立，不会进入if分支，因此不会触发断点。
  • 当i=4时，数组元素是60，44 < 60成立，执行第27行，触发断点。
• 循环边界的越界问题：for循环的条件是i <= len，而数组arr的有效索引范围是0~4。当i=5时，访问array1[5]属于数组越界访问，内存值不确定。如果这个值不大于当前max（此时为60），同样不会执行第27行，因此也不会触发断点。

程序的其他关键bug #

除了断点的误解，代码本身还有两个严重问题：

• 传值调用导致max无法更新：findAndReturnMax函数的第三个参数是int max，属于传值调用，函数内部对max的修改不会影响main函数中的max变量，这就是最终输出max value in the array is 17的原因。需要将参数改为指针类型int *max，并通过指针修改值。
• 数组越界访问：循环条件i <= len会导致访问超出数组有效索引范围的内存，可能引发未定义行为，应该改为i < len。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者ll cool