c - 为什么交换二叉树节点时 GDB 观察点会停在不相关的行上？

Question

我试图交换二叉树中的两个节点A和B，以便它们实际存储在内存中的位置发生变化，但树拓扑不变。我添加了特殊处理来将节点与其父节点交换，但它似乎仍然不起作用。我将 Valgrind 与 vgdb 结合使用，这样我就可以捕获内存错误并获得一致的地址。如果我有一棵像这样的树

78
  \
   40
  /  \
5c   c5

然后我尝试交换 A=40 和 B=5c，链接变得困惑。具体来说，40->右。在其上设置一个观察点(watch -l)，我发现40->right被设置为5c->right( >NULL) 由 memcpy 本来应该是这样，但后来它也被 if(a_l.left == 更改为 A b){ 这显然是不可能的。当我在汇编中使用 movq 而不是 movb 时，我有一个观察点报告了这样的错误行，但我很确定我的尺寸是正确的时间，因为我一开始没有，它没有通过任何交换，但我修复了它，现在它通过了大约一打。每次操作后我都会对树进行健全性检查，因此错误就在这里。这是我可以管理的最简单的演示:

#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>

typedef struct avl_node avl_node;
struct avl_node{
    avl_node *left, *right, *parent;
    signed char balance;
    char data[];
};

avl_node *avl_root(avl_node *n){
    while(n && n->parent){
        n = n->parent;
    }
    return n;
}

inline static int avl_check_links(avl_node *n){
    if(!n)return 1;
    if(n->left){
        if(n->left->parent != n){
            return 0;
        }
        if(!avl_check_links(n->left)){
            return 0;
        }
    }
    if(n->right){
        if(n->right->parent != n){
            return 0;
        }
        if(!avl_check_links(n->right)){
            return 0;
        }
    }
    return 1;
}

void avl_swap_nodes(avl_node *a, avl_node *b, size_t size){
    avl_node a_l = *a, b_l = *b;
    char tmp[sizeof(avl_node) + size];
    memcpy(tmp, a, sizeof(avl_node) + size);
    memcpy(a, b, sizeof(avl_node) + size);
    memcpy(b, tmp, sizeof(avl_node) + size);
    if(a_l.left){
        a_l.left->parent = b;
    }
    if(a_l.right){
        a_l.right->parent = b;
    }
    if(b_l.left){
        b_l.left->parent = a;
    }
    if(b_l.right){
        b_l.right->parent = a;
    }
    if(a_l.parent){
        if(a_l.parent->left == a){
            a_l.parent->left = b;
        }else{
            a_l.parent->right = b;
        }
    }
    if(b_l.parent){
        if(b_l.parent->left == b){
            b_l.parent->left = a;
        }else{
            b_l.parent->right = a;
        }
    }
    if(a_l.parent == b){
        if(b_l.left == a){
            b->left = a_l.left;
            a->left = b;
        }else{
            b->right = a_l.right;
            a->right = b;
        }
        a->parent = b_l.parent;
        b->parent = a;
    }else if(b_l.parent == a){//GDB stops here on a watch -l a->right
        if(a_l.left == b){
            a->left = b_l.left;
            b->left = a;
        }else{
            a->right = b_l.right;
            b->right = a;
        }
        b->parent = a_l.parent;
        a->parent = b;
    }
    assert(avl_check_links(avl_root(a)));
    assert(avl_check_links(avl_root(b)));
}

int main(void){
    avl_node a, b, c, d;
    a = (avl_node){.right=&b};
    b = (avl_node){.left=&c, .right=&d, .parent=&a};
    c = (avl_node){.parent=&b};
    d = (avl_node){.parent=&b};
    assert(avl_check_links(avl_root(&a)));
    avl_swap_nodes(&b, &c, 0);
}

为什么 GDB 停在错误的行上？我认为这可能与我使用 vgdb 有关:当我单步执行时，它也会跳过一些行。另外为什么a->right要第二次改变呢？谢谢。

您可以通过执行 gcc -g -o main main.c, valgrind --vgdb=yes - 来使该文件与最新版本的 gcc、gdb 和 valgrind 一起运行-vgdb-error=0 ./main&, gdb main, tar rem | vgdb、b avl_swap_nodes、c、watch -l a->right，然后通过以下方式整齐地摆脱 vgdb 进程重复执行 c，然后 Ctrl-d 或 kill，然后 Ctrl-d。

Answer 1

我明白了这一点，但这并不有趣，所以我要回答我自己的问题。节点交换代码错误。这是一个有效的版本

#include <stddef.h>
void avl_swap_nodes(avl_node *a, avl_node *b, size_t size){
    avl_node a_l = *a, b_l = *b;
    char tmp[offsetof(avl_node, data) + size];
    memcpy(tmp, a, offsetof(avl_node, data) + size);
    memcpy(a, b, offsetof(avl_node, data) + size);
    memcpy(b, tmp, offsetof(avl_node, data) + size);
    if(a_l.parent == b){
        if(b_l.left == a){
            a->left = b;
        }else{
            a->right = b;
        }
        b->parent = a;
        if(a->parent){
            if(a->parent->left == b){
                a->parent->left = a;
            }else{
                a->parent->right = a;
            }
        }
    }else if(b_l.parent == a){
        if(a_l.left == b){
            b->left = a;
        }else{
            b->right = a;
        }
        a->parent = b;
        if(b->parent){
            if(b->parent->left == a){
                b->parent->left = b;
            }else{
                b->parent->right = b;
            }
        }
    }else{
        if(a->parent){
            if(b->parent == a->parent){
                if(a->parent->left == b){
                    a->parent->left = a;
                    b->parent->right = b;
                }else{
                    a->parent->right = a;
                    b->parent->left = b;
                }
            }else{
                if(a->parent->left == b){
                    a->parent->left = a;
                }else{
                    a->parent->right = a;
                }
            }
        }
        if(b->parent && b->parent != a->parent){
            if(b->parent->left == a){
                b->parent->left = b;
            }else{
                b->parent->right = b;
            }
        }
    }
    if(a->left){
        a->left->parent = a;
    }
    if(a->right){
        a->right->parent = a;
    }
    if(b->left){
        b->left->parent = b;
    }
    if(b->right){
        b->right->parent = b;
    }
    ASSERT_ALL(avl_root(a));
    ASSERT_ALL(avl_root(b));
}

GDB 在错误的行上报告观察点的原因是因为先前的内存写入溢出。例如，当您在汇编中使用 movq 而不是 movb 时，或者当您执行 char a; 时，就会发生这种情况。 ((int*)&a) = (int)0; 在 C 语言中，或者当您 memcpy 超出您的预期时。最后一个是导致我的代码出现问题的原因。考虑 struct struct A{int a; char b[];);。由于结构填充，sizeof(struct A) 可能为 8，但 offsetof(struct A, b) 可能为 4。因此，如果我们计算 的大小struct A 与最后的灵活数组中的数据一起通过将数据大小添加到 sizeof(struct A) 中，我们将计算出比应有的值大 4 个字节的值。解决方案是使用 offsetof(struct A, b); 代替。

GDB 跳行的原因是因为我使用的是 valgrind --vgdb=yes 而不是 valgrind --vgdb=full。