Chyba segmentace je typ chyby v jazyce C, ke které dochází, když se program pokusí získat přístup k adrese paměti, ke které nemá oprávnění. K tomu často dochází, když se program pokusí použít paměť, kterou nepřidělil, nebo paměť, která již byla uvolněna.
Problém se segmentací obvykle způsobuje selhání nebo náhlé ukončení programu. Abychom problém odstranili, musíme nejprve identifikovat zdroj chyby a provést potřebné úpravy ve zdrojovém kódu.
Níže jsou uvedeny některé z nejčastějších příčin chyb segmentace v jazyce C:
1. Nulové ukazatele: Pokus o dereferencování nulového nebo neinicializovaného ukazatele může vést k chybě segmentace. V C odkazuje NULL ukazatel na úložiště, které není k dispozici. Může to být 0x00000000 nebo jiná specifikovaná částka (pokud se nejedná o skutečné umístění). Dereferencování odkazu NULL znamená pokus o dosažení čehokoli, na co ukazuje ukazatel. Operátor dereferencování je operátor *. Dereferencování ukazatele NULL má nespecifikované chování.
Vzhledem k následující části kódu,
C kód:
příklady binárních stromů
int *ptr = NULL; *ptr = 5;
V tomto kódu jsme definovali ukazatel ptr a nastavili jej na NULL. Pokud přistoupíme k dereferenci ptr a přiřadíme hodnotu 5 adrese paměti, na kterou ukazuje, dojde k chybě segmentace, protože se pokoušíme o přístup k místu v paměti, ke kterému nemáme přístup.
2. Přetečení vyrovnávací paměti: Když jsou data zapsána za konec přidělené vyrovnávací paměti, může dojít k chybě segmentace. Když načteme paměť, která není v místní vyrovnávací paměti, dojde k přetečení vyrovnávací paměti.
Vzhledem k následující části kódu,
C kód:
int arr[5]; arr[5] = 10;
Ve výše uvedeném kódu jsme deklarovali 5-rozměrné pole arr. Když se pokusíme přiřadit číslo 10 šestému členu pole (který neexistuje), dojde k chybě segmentace, protože se pokoušíme o přístup k paměti přes konec pole.
3. Přetečení zásobníku: Pokud program spotřebuje veškerý dostupný prostor zásobníku, může dojít k chybě segmentace. K přetečení zásobníku dochází, když spotřebujeme více místa, než bylo zásobníku přiděleno, například:
C kód:
void fun(int p){ fun(p); cout<<p>In this case, the function fun calls itself endlessly, enabling the recursive stack to run out of memory (Stack overflow error).</p> <p> <strong>4. Accessing Deallocation Memory:</strong> Accessing previously freed memory can result in a segmentation fault.</p> <p>Given the following section of code,</p> <p> <strong>C Code:</strong> </p> <pre> int *ptr = malloc(sizeof(int)); *ptr = 5; free(ptr); *ptr = 10; // attempting to access deallocated memory </pre> <p>We used the malloc() function to allocate memory dynamically in this code to hold an integer value of 5. The memory was subsequently freed using the free() method. We then attempt to get to the memory pointed to by ptr again and assign the value 10. Because this memory is currently being deallocated, accessing it will result in a segmentation fault.</p> <p>To avoid this form of segmentation fault, avoid accessing memory that has been previously freed with the free() method. Always free memory only when it has become no longer needed, and never try to retrieve it after it has been freed.</p> <p> <strong>5. Incorrect Pointer Arithmetic:</strong> Incorrect pointer arithmetic can result in a segmentation fault.</p> <p>Given the following section of code,</p> <p> <strong>C Code:</strong> </p> <pre> int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; int *ptr = &arr[2]; *(ptr + 10) = 10; </pre> <p>In this code, we created an array arr of size 5 and initialized it with some values. We've also defined a pointer ptr and set it to the memory location of the third element of arr. When we try to add 10 to ptr and dereference it to assign the value 10 to the memory location it is pointing to, a segmentation fault occurs because we are attempting to access memory outside the bounds of arr.</p> <h3>Prevention:</h3> <p>These are just a few C code examples that could cause a segmentation problem. It is vital to thoroughly test the source code to ensure it is allocating and deallocating memory correctly, preventing null pointers and buffer overflows, and employing pointer arithmetic to avoid segmentation issues.</p> <p>To avoid segmentation faults in C code, allocate and deallocate memory correctly, avoid null pointers and buffer overflows, and use pointer arithmetic cautiously.</p> <p>To debug a segmentation fault in C, use a debugger such as GDB. GDB allows users to inspect variable and memory location values as they go through the code line by line. This can help us figure out which line of code is causing the segmentation error.</p> <h2>Conclusion:</h2> <p>A segmentation fault is a common problem in C that can be caused by a variety of issues, including null pointers, buffer overflows, stack overflows, accessing deallocated memory, and incorrect pointer arithmetic. To remedy the issue, we must first identify the source of the error and then make the necessary adjustments to our code.</p> <hr> Použili jsme funkci malloc() k dynamické alokaci paměti v tomto kódu tak, aby udržela celočíselnou hodnotu 5. Paměť byla následně uvolněna pomocí metody free(). Poté se znovu pokusíme dostat do paměti, na kterou ukazuje ptr, a přiřadit hodnotu 10. Protože tato paměť je aktuálně uvolněna, přístup k ní povede k chybě segmentace.
Chcete-li se vyhnout této formě chyby segmentace, vyhněte se přístupu k paměti, která byla dříve uvolněna pomocí metody free(). Paměť uvolňujte vždy pouze tehdy, když ji již nepotřebujete, a nikdy se ji nepokoušejte znovu získat poté, co byla uvolněna.
5. Nesprávná aritmetika ukazatele: Nesprávná aritmetika ukazatele může způsobit chybu segmentace.
Vzhledem k následující části kódu,
C kód:
int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; int *ptr = &arr[2]; *(ptr + 10) = 10; V tomto kódu jsme vytvořili pole arr o velikosti 5 a inicializovali jsme je s některými hodnotami. Také jsme definovali ukazatel ptr a nastavili jej na paměťové místo třetího prvku arr. Když se pokusíme přidat 10 k ptr a dereferencovat, abychom přiřadili hodnotu 10 paměťovému místu, na které ukazuje, dojde k chybě segmentace, protože se pokoušíme o přístup k paměti mimo hranice arr.
Prevence:
Toto je jen několik příkladů kódu C, které by mohly způsobit problém se segmentací. Je životně důležité důkladně otestovat zdrojový kód, abyste se ujistili, že správně alokuje a uvolňuje paměť, zabraňuje nulovým ukazatelům a přetečení vyrovnávací paměti a využívá aritmetiku ukazatelů, aby se předešlo problémům se segmentací.
Chcete-li se vyhnout chybám segmentace v kódu C, správně alokujte a uvolněte paměť, vyhněte se nulovým ukazatelům a přetečení vyrovnávací paměti a používejte aritmetiku ukazatelů opatrně.
Chcete-li ladit chybu segmentace v jazyce C, použijte ladicí program, jako je GDB. GDB umožňuje uživatelům kontrolovat hodnoty proměnných a umístění v paměti při procházení kódu řádek po řádku. To nám může pomoci zjistit, který řádek kódu způsobuje chybu segmentace.
Závěr:
Chyba segmentace je běžný problém v C, který může být způsoben řadou problémů, včetně nulových ukazatelů, přetečení vyrovnávací paměti, přetečení zásobníku, přístupu k uvolněné paměti a nesprávné aritmetiky ukazatele. Abychom problém napravili, musíme nejprve identifikovat zdroj chyby a poté provést nezbytné úpravy našeho kódu.