對新平臺上應用程序的開發(fā)者來說，64位平臺的穩(wěn)定和可靠，是吸引他們的關鍵；而任何內(nèi)存錯誤問題都會導致開發(fā)工作的失敗，內(nèi)存錯誤最棘手之處在于它是難以捉摸的，找出它們非常困難且要花費大量時間。內(nèi)存錯誤不會在通常意義上的測試中暴露出來，正是因為它們潛在的有害性，所以在程序定型之前，去除所有的內(nèi)存問題就顯得非
常必要了。
目前有一些強大的內(nèi)存錯誤檢測工具，它們可以在運行于雙核心處理器的應用程序中，找出導致線程內(nèi)存錯誤的原因；它可在傳統(tǒng)測試技術找不出問題的地方，找出并修正那些難以捉摸、導致程序崩潰的"元兇"。錯誤檢測工具可幫助你在發(fā)布程序之前，找出并修正那些C/C++內(nèi)存錯誤，而在移植程序之前修正這些問題，可提高在新平臺新架構上的程序質(zhì)量，使移植過程更加流水線化，并且使老程序更加健壯可靠。
為何移植如此之難？
在向64位處理器或新硬件移植代碼時產(chǎn)生的問題當中，大多數(shù)開發(fā)者是負有主要責任的。就此來說，代碼在移植到新平臺或新架構之上時，內(nèi)存問題似乎也成倍增長了。
在過渡到64位架構時最基本的問題，就是對各種不同的int和指針在比特位長度上假定。在從long轉(zhuǎn)換到int時，不管是賦值還是顯式轉(zhuǎn)換，都存在著一定的隱含限制。前者可能產(chǎn)生一個編譯器警告，而后者可能被無聲地接受，就此導致了運行時的各種錯誤。另一個問題就是int常量并不總是與int同樣大小，這是混淆有符號和無符號常量的問題，同時，適當?shù)厥褂糜嘘P的后綴可以減少此類問題的發(fā)生。
另一些問題的主要原因是各種指針類型的不匹配。舉例來說，在多數(shù)64位架構上，指針類型不能再放入一個int中，而那些把指針值儲存在int變量中的代碼，此時當然就會出錯了。
這些問題通常會在移植過程中暴露出來，因為移植從本質(zhì)上來說是一種變體測試。當你在移植代碼時，實際上是在創(chuàng)建一種"同等變體"（對原始代碼的小幅改動，不會影響到測試的結(jié)果），而通過這些"同等變體"，可找出許多不常見的錯誤。在C/C++中，創(chuàng)建和運行"同等變體"，可揭示出以下問題：
1、缺少拷貝構造函數(shù)或錯誤的拷貝構造函數(shù)
2、缺少或不正確的構造函數(shù)
3、初始化代碼的錯誤順序
4、指針操作的問題
5、依賴未定義的行為，如求值的順序
在準備移植應用程序時，有以下幾個相關步驟
第1步、在移植之前，要保證原始代碼中沒有諸如內(nèi)存崩潰、內(nèi)存泄露等問題，找出指針類型和int錯誤的最有效的一個方法是，采用平衡變體測試，來達到運行時錯誤檢測的目的。
變體測試最先是為解決無法計量測試的準確性問題而產(chǎn)生的，大致如下：假定已有了一個完美的測試方案，它已經(jīng)覆蓋了所有的可能性，再假定已有一個完美的程序通過了這個測試，接下來修改代碼（稱之為變異），在測試方案中運行這個"變異"后的程序（稱之為變體），將會有兩個可能的情況：
一是程序會受代碼改變的影響，并且測試方案檢測到了，在此假定測試方案是完美的，這意味著它可以檢測一切改變。此時變體被稱作"已死的變體"。
二是程序沒受改變的影響，而測試方案也沒有檢測到這個變體。此時變體稱作"同等變體"。
如果拿"已死變體"和已生成的變體作對比，就會發(fā)現(xiàn)這個比率要小于1，這個數(shù)字表示程序?qū)Υa改變有多敏感。事實上，完美的測試方案和完美的程序都不存在，這就說上面的兩種情況可能會有一個發(fā)生。
程序受影響的結(jié)果因個體而異，如果測試方案不適當，將無法檢測到。"已經(jīng)變體"和"生成變體"的比率小于1同時也揭示了測試方案有多精確。
在實踐中，往往無法區(qū)分測試方案不精確與同等變體之間的關系。由于缺乏其他的可能性，在此我們只好把"已死變體"對所有變體的比率，看成是測試方案的精確程度。
例1（test1.c）證實了以上的說法（此處所有的代碼均在Linux下編譯），test1.c用以下命令編譯：
| cc -o test1 test1.c.
main(argc, argv) /* line 1 */
int argc; /* line 2 */
char *argv[]; /* line 3 */
{ /* line 4 */
int c=0; /* line 5 */
/* line 6 */
if(atoi(argv[1]) < 3){ /* line 7 */
printf("Got less than 3\n"); /* line 8 */
if(atoi(argv[2]) > 5) /* line 9 */
c = 2; /* line 10 */
} /* line 11 */
else /* line 12 */
printf("Got more than 3\n"); /* line 13 */
exit(0); /* line 14 */
} /* line 15 */ |
例1：程序test1.c 這個簡單的程序讀取輸入的參數(shù)，并打印出相關的信息。現(xiàn)在假定用一個測試方案來測試此程序：
| Test Case 1:
input 2 4
output Got less than 3
Test Case 2:
input 4 4
output Got more than 3
Test Case 3:
input 4 6
output Got more than 3
Test Case 4:
input 2 6
output Got less than 3
Test Case 5:
input 4
output Got more than 3 |
這個測試方案在業(yè)界是有一定代表性的，它進行正則測試，表示它將測試對所有正確的輸入，程序是否有正確的輸出，而忽視非法的輸入。程序test1完全通過測試，但它也許隱藏著嚴重的錯誤。
現(xiàn)在，對程序進行"變體"，用以下簡單的改變： | Mutant 1: change line 9 to the form
if(atoi(argv[2]) <= 5)
Mutant 2: change line 7 to the form
if(atoi(argv[1]) >= 3)
Mutant 3: change line 5 to the form
int c=3; |
如果在測試方案中運行此修改后的程序，Mutants 1和3完全通過測試，而Mutant 2則無法通過。 Mutants 1和3沒有改變程序的輸出，所以是同等變體，而測試方案沒有檢測
到它們。Mutant 2不是同等變體，故Test Cases 1-4將會檢測到程序的錯誤輸出，而Test Case 5在不同的電腦上可能會有不同的表現(xiàn)。以上表明，程序的錯誤輸出，可看作是程序可能會崩潰的一個信號。
我們統(tǒng)計一下，共創(chuàng)建了三個變體，而只被發(fā)現(xiàn)了一個，這說明表示測試方案的質(zhì)量為1/3，正如你看到的，1/3有點低，之所以低是因為產(chǎn)生了兩個同等變體。這個數(shù)字應當作是測試不足的一個警告，實際上，測試方案應檢測到程序中的
兩個嚴重錯誤。
再回到Mutant 2，在Test Case 5中運行它，如果程序崩潰了，那這個變體測試不但計量到了測試方案的質(zhì)量，還檢測到了嚴重的錯誤，這就是變體測試發(fā)現(xiàn)錯誤的方法。
| main(argc, argv) /* line 1 */
int argc; /* line 2 */
char *argv[]; /* line 3 */
{ /* line 4 */
int c=0; /* line 5 */
int a, b; /* line 6 */
/* line 7 */
a = atoi(argv[1]); /* line 8 */
b = atoi(argv[2]); /* line 9 */
if(a < 3){ /* line 10 */
printf("Got less than 3\n"); /* line 12 */
if(b > 5) /* line 13 */
c = 2; /* line 14 */
} /* line 15 */
else /* line 16 */
printf("Got more than 3\n"); /* line 17 */
exit(0); /* line 18 */
} /* line 19 */ |
例2：同等變體
在例2中的同等變體（Mutant 4），它和前一個變體的不同之處在于，Mutant 4是同等變體，這意味著它在構建時的目的，就是要使修改后的程序如同原始程序一樣運行。如果在測試方案中運行Mutant 4，那么Test Case 5大概會失敗--程序?qū)⒈罎ⅰ４颂幈砻鳎ㄟ^創(chuàng)建一個同行變體，實際上是增強了測試方案的檢測力度，由此得出的結(jié)論是，有以下兩種方法，可提高測試方案的精確性：
·在測試方案中增加測試數(shù)量
·在測試方案中運行同等變體
這兩點是非常重要的，尤其是第二點，因為它證明了變體可提高測試的有效性。在這些例子中，是由手工創(chuàng)建了每一個變體，并且對每一個程序都作了單獨的修改，這個步驟費時又費力，但是自動生成同等變體是有可能的，正如例3所演示的，這個程序沒有輸入，只有一個輸出，原則上來說，它只需要一次測試： | int doublew(x)
int x;
{ return x*2; }
int triple( y)
int y;
{ return y*3; }
main() {
int i = 2;
printf("Got %d \n", doublew(i++)+ triple(i++));
} |
例3：自動生成變體 | Test Case 1:
input none
output 12 |
有意思的是，這個程序因編譯器的差異，而分別給出答案13或12（注：譯者在Visual C++ 2005中，得出的結(jié)果是10）。假設你要編寫一個這樣的程序，還要能在兩個不同的平臺上運行，如果不同平臺上的編譯器有所差異，此時你會察覺到這個程序的不同，疑問由此而生："是哪錯了？"這有可能就是導致問題產(chǎn)生的原因。 試想你在例4中創(chuàng)建了一個同等變體，此時這個程序的結(jié)果不依賴于編譯器，實際上應是13，這也是在預料之中的。但一旦運行變體測試，就會發(fā)現(xiàn)錯誤了。
| int doublew(x)
int x;
{ return x*2; }
int triple( y)
int y;
{ return y*3; }
main() {
int i = 2;
int a, b;
a = doublew(i++);
b = triple(i++);
printf("Got %d \n", a+b);
} |
例4：一個變體
在變體測試中，最讓人驚奇的是，它能找出正常看來是不可能檢測到的錯誤，通常，這些錯誤隱藏得很深，直到程序崩潰時，才可能發(fā)現(xiàn)，但對此，程序員經(jīng)常不能理解。同等變體是找出錯誤的機會，而不是其他。但普遍來說，程序員期望同等變體能得出與原程序一樣的結(jié)果，但如果總是這樣的話，那同等變體是沒有任何作用了。
第2步：當清除最致命的錯誤之后，要把那些可能會出錯的代碼在移植之前，用靜態(tài)分析工具再確認一遍。在靜態(tài)分析時，有兩個主要的工作要做：
·找出并修正那些移植到新平臺之后可能會出錯的代碼
·找出并修正那些可能不能很好地被移植的代碼 首先，要用業(yè)界推薦的C/C++編碼標準來檢查那些可能在新平臺上出錯的代碼，以確認其編碼結(jié)構沒有問題。通過確認代碼符合編碼標準，可防止不必要的錯誤發(fā)生，還能減少在新平臺上的調(diào)試工作量，并降低在最終產(chǎn)品中出現(xiàn)bug的機率。
以下是一些可用的編碼標準：
不要返回對一個局部對象或?qū)υ诤瘮?shù)內(nèi)用"new"初始化的指針
的引用。對一個局部對象返回一個引用，可能會導致堆棧崩潰；而返回一個對在函數(shù)內(nèi)用"new"初始化的指針的引用，可能會引起內(nèi)存泄漏。
不要轉(zhuǎn)換一個常量到非常量。這可能會導致數(shù)值被改變，從而破壞數(shù)據(jù)的完整性。這也會降低代碼的可讀性，因為你不能再假定常量不被改變。
如果某個類有虛擬成員函數(shù)，它最好也帶有一個虛擬析構函數(shù)。這能在繼承類中防止內(nèi)在泄漏。帶有任何虛擬成員函數(shù)的類，通常被用作基類，此時它應有一個虛擬析構函數(shù)，以保證繼承類通過一個指向基類的指針來引用時，相應的析構函數(shù)會被調(diào)用。
公共成員函數(shù)必須為成員數(shù)據(jù)返回常量句柄。當把一個非常量的句柄提供給成員數(shù)據(jù)時，此時調(diào)用者可在成員函數(shù)之外修改成員數(shù)據(jù)，這就破壞了類的封裝性。
不要把指向一個類的指針，轉(zhuǎn)換成指向另一個類的指針，除非它們之間有繼承關系。這種無效的
轉(zhuǎn)換將導致不受控的指針、數(shù)據(jù)崩潰等問題，或者其他錯誤。
不要從一個構造函數(shù)中直接訪問一個全局變量。C++語言的定義之中，沒有規(guī)定在不同的代碼單元中定義的靜態(tài)對象初始化的順序。因此，在從一個構造函數(shù)中訪問一個全局變量時，這個變量可能還沒有初始化。
當找到并修正有錯誤的代碼之后，從那些在當前平臺上運行良好的代碼中再繼續(xù)找，因為它們可能不能被很好地移植。以下是一些對大多數(shù)64位移植項目都適用的規(guī)則：
盡量使用標準類型。比如說，使用size_t而不是int。如果想要一個無符號的64位int，那么請使用uint64_t。這個習慣不但有助于找出和防止代碼中的bug，還能在將來向128位處理器移植程序時，幫上大忙。
檢查現(xiàn)有代碼中long數(shù)據(jù)類型的用法。如果變量、域、參數(shù)中數(shù)值的變化范圍，只在2Gig-1到-2Gig或4Gig到0之間，那么最好分別使用int32_t或uint32_t。
檢查所有的"窄向"賦值。應該避免這種情況出現(xiàn)，因為把一個long賦值給一個int，在64位數(shù)值上會導致截斷。
找出"窄向"轉(zhuǎn)換。應只在表達式中使用窄向轉(zhuǎn)換，而不是在操作數(shù)中。
找出那些把long*轉(zhuǎn)換成int*，或把int*轉(zhuǎn)換成long*的地方。在32位環(huán)境下，這也許是可交替的，但在64位中不行，并檢查所有的不匹配指針賦值。
找出那些在乘法符號的兩端，沒有long操作數(shù)的表達式。要使int型表達式將產(chǎn)生64位結(jié)果，至少其中的一個操作數(shù)是long或unsigned long。
找出long型值用int初始化的地方。應避免這種類型的初始化，因為甚至在64位類型的表達式中，int常量也可能只是代表一個32位類型。
找出那些對int進行移位操作，又把結(jié)果賦給long的地方。如果結(jié)果是64位值，最好使用64位乘法。
找出那些64位表達式中的int常量。在64位表達式中應使用64位值。
找出把指針轉(zhuǎn)換成int的地方。涉及指針與int互轉(zhuǎn)換的代碼，應仔細檢查。
檢查內(nèi)聯(lián)匯編語句。因為它不可能被很好地移植。
第3步：重復一遍運行時錯誤檢測，以確認所有的修改都沒有引入新的運行時錯誤。
第4步：此時，你可選擇進行更多的測試步驟，以保證在移植之前，所有的代碼都完全正確。這個額外的步驟是單元測試，單元測試是在每一個軟件單元完成之后進行的傳統(tǒng)測試，它在開發(fā)階段的后期，也是有益的。因為在單元級別，很容易設計出每個函數(shù)的輸入，它將有助于更快地找出那些在應用級別測試中無法發(fā)現(xiàn)的錯誤。
找出64位處理器上的問題
也許64位處理器本身就有問題，如果是這樣的話，下面的步驟應該有用： 第1步：在64位處理器上重新編譯應用程序。在編譯中如果有問題，應考慮是不是因編譯器的不同而產(chǎn)生的。
第2步：一旦重新編譯代碼，應進行代碼檢查，以確保新代碼都遵循適當?shù)木幋a標準。在這一點上，任何人都不希望每一次修改都帶來一個錯誤，此時解決好過在程序運行時才發(fā)現(xiàn)。
第3步：鏈接并生成應用程序。
第4步：應試著運行程序。如果在64位處理器上，運行程序時發(fā)現(xiàn)了問題，應使用單元測試方法一個函數(shù)一個函數(shù)地去找，這樣能確定哪些代碼沒有正確地被移植；修正這些問題直到程序可以運行。
第5步：重復運行時錯誤檢測。
一旦程序可以運行，一定要重復一遍運行時錯誤檢測，因為移植過程很可能導致新的問題產(chǎn)生，例如新的內(nèi)存崩潰或程序工作方式有所不同。如果運行時錯誤檢測發(fā)現(xiàn)了錯誤，那么此時趕快修正它。
結(jié)論
遵循此文中提及的方法，可在程序發(fā)布之前，找到并修正C/C++內(nèi)存錯誤，并可以節(jié)省下數(shù)周的調(diào)試時間，使用戶免受"災難"之苦。