linux - std::string::assign() method from libstdc++.so.6中奇怪的SIGSEGV段错误

Question

我的程序最近在运行时遇到奇怪的段错误。 我想知道以前是否有人遇到过此错误，以及如何解决。 这是更多信息:
基本信息:

CentOS 5.2，内核版本为2.6.18

g++(GCC)4.1.2 20080704(Red Hat 4.1.2-50)

CPU:英特尔x86系列

libstdc++。so.6.0.8

我的程序将启动多个线程来处理数据。段错误发生在其中一个线程中。

尽管它是一个多线程程序，但段错误似乎发生在本地std::string对象上。我将在稍后的代码片段中显示。

该程序使用-g，-Wall和-fPIC编译，没有-O2或其他优化选项。

核心转储信息:

Core was generated by `./myprog'.
Program terminated with signal 11, Segmentation fault.
#0  0x06f6d919 in __gnu_cxx::__exchange_and_add(int volatile*, int) () from /usr/lib/libstdc++.so.6
(gdb) bt
#0  0x06f6d919 in __gnu_cxx::__exchange_and_add(int volatile*, int) () from /usr/lib/libstdc++.so.6
#1  0x06f507c3 in std::basic_string<char, std::char_traits<char>, std::allocator<char> >::assign(std::basic_string<char, std::char_traits<char>, std::allocator<char> > const&) () from /usr/lib/libstdc++.so.6
#2  0x06f50834 in std::basic_string<char, std::char_traits<char>, std::allocator<char> >::operator=(std::basic_string<char, std::char_traits<char>, std::allocator<char> > const&) () from /usr/lib/libstdc++.so.6
#3  0x081402fc in Q_gdw::ProcessData (this=0xb2f79f60) at ../../../myprog/src/Q_gdw/Q_gdw.cpp:798
#4  0x08117d3a in DataParser::Parse (this=0x8222720) at ../../../myprog/src/DataParser.cpp:367
#5  0x08119160 in DataParser::run (this=0x8222720) at ../../../myprog/src/DataParser.cpp:338
#6  0x080852ed in Utility::__dispatch (arg=0x8222720) at ../../../common/thread/Thread.cpp:603
#7  0x0052c832 in start_thread () from /lib/libpthread.so.0
#8  0x00ca845e in clone () from /lib/libc.so.6

请注意，段故障始于 basic_string::operator =()内。
相关代码:
(我显示的代码超出了所需的数量，请暂时忽略编码风格。)

int Q_gdw::ProcessData()
{
    char tmpTime[10+1] = {0};
    char A01Time[12+1] = {0};
    std::string tmpTimeStamp;

    // Get the timestamp from TP
    if((m_BackFrameBuff[11] & 0x80) >> 7)
    {
        for (i = 0; i < 12; i++)
        {
            A01Time[i] = (char)A15Result[i];
        }
        tmpTimeStamp = FormatTimeStamp(A01Time, 12);  // Segfault occurs on this line

这是此FormatTimeStamp方法的原型(prototype):

std::string FormatTimeStamp(const char *time, int len)

我认为这样的字符串赋值操作应该是一种常用的操作，但是我只是不明白为什么这里会发生段错误。
我调查的是:
我在网上搜索了答案。我看着 here。答复说，尝试使用定义的_GLIBCXX_FULLY_DYNAMIC_STRING宏重新编译程序。我试过了，但崩溃仍然发生。
我还看着 here。它还说用_GLIBCXX_FULLY_DYNAMIC_STRING重新编译该程序，但是作者似乎正在处理我的另一个问题，因此我认为他的解决方案不适合我。

于2011年8月15日更新
这是此FormatTimeStamp的原始代码。我知道编码看起来不太好(例如，魔法数字太多。)，但让我们先关注崩溃问题。

string Q_gdw::FormatTimeStamp(const char *time, int len)
{
    string timeStamp;
    string tmpstring;

    if (time)  // It is guaranteed that "time" is correctly zero-terminated, so don't worry about any overflow here.
        tmpstring = time;

    // Get the current time point.
    int year, month, day, hour, minute, second;
#ifndef _WIN32
    struct timeval timeVal;
    struct tm *p;
    gettimeofday(&timeVal, NULL);
    p = localtime(&(timeVal.tv_sec));
    year = p->tm_year + 1900;
    month = p->tm_mon + 1;
    day = p->tm_mday;
    hour = p->tm_hour;
    minute = p->tm_min;
    second = p->tm_sec;
#else
    SYSTEMTIME sys;
    GetLocalTime(&sys);
    year = sys.wYear;
    month = sys.wMonth;
    day = sys.wDay;
    hour = sys.wHour;
    minute = sys.wMinute;
    second = sys.wSecond;
#endif

    if (0 == len)
    {
        // The "time" doesn't specify any time so we just use the current time
        char tmpTime[30];
        memset(tmpTime, 0, 30);
        sprintf(tmpTime, "%d-%d-%d %d:%d:%d.000", year, month, day, hour, minute, second);
        timeStamp = tmpTime;
    }
    else if (6 == len)
    {
        // The "time" specifies "day-month-year" with each being 2-digit.
        // For example: "150811" means "August 15th, 2011".
        timeStamp = "20";
        timeStamp = timeStamp + tmpstring.substr(4, 2) + "-" + tmpstring.substr(2, 2) + "-" +
                tmpstring.substr(0, 2);
    }
    else if (8 == len)
    {
        // The "time" specifies "minute-hour-day-month" with each being 2-digit.
        // For example: "51151508" means "August 15th, 15:51".
        // As the year is not specified, the current year will be used.
        string strYear;
        stringstream sstream;
        sstream << year;
        sstream >> strYear;
        sstream.clear();

        timeStamp = strYear + "-" + tmpstring.substr(6, 2) + "-" + tmpstring.substr(4, 2) + " " +
                tmpstring.substr(2, 2) + ":" + tmpstring.substr(0, 2) + ":00.000";
    }
    else if (10 == len)
    {
        // The "time" specifies "minute-hour-day-month-year" with each being 2-digit.
        // For example: "5115150811" means "August 15th, 2011, 15:51".
        timeStamp = "20";
        timeStamp = timeStamp + tmpstring.substr(8, 2) + "-" + tmpstring.substr(6, 2) + "-" + tmpstring.substr(4, 2) + " " +
                tmpstring.substr(2, 2) + ":" + tmpstring.substr(0, 2) + ":00.000";
    }
    else if (12 == len)
    {
        // The "time" specifies "second-minute-hour-day-month-year" with each being 2-digit.
        // For example: "305115150811" means "August 15th, 2011, 15:51:30".
        timeStamp = "20";
        timeStamp = timeStamp + tmpstring.substr(10, 2) + "-" + tmpstring.substr(8, 2) + "-" + tmpstring.substr(6, 2) + " " +
                tmpstring.substr(4, 2) + ":" + tmpstring.substr(2, 2) + ":" + tmpstring.substr(0, 2) + ".000";
    }

    return timeStamp;
}

于2011年8月19日更新
这个问题终于得到解决。实际上，FormatTimeStamp()函数与根本原因无关。段错误是由本地char缓冲区的写溢出引起的。
可以使用以下更简单的程序来重现此问题(请暂时忽略某些变量的错误命名):
(与“g++ -Wall -g main.cpp”一起编译)

#include <string>
#include <iostream>

void overflow_it(char * A15, char * A15Result)
{
    int m;
    int t = 0,i = 0;
    char temp[3];

    for (m = 0; m < 6; m++)
    {
        t = ((*A15 & 0xf0) >> 4) *10 ;
        t += *A15 & 0x0f;
        A15 ++;
        
        std::cout << "m = " << m << "; t = " << t << "; i = " << i << std::endl;
        
        memset(temp, 0, sizeof(temp));
        sprintf((char *)temp, "%02d", t);   // The buggy code: temp is not big enough when t is a 3-digit integer.
        A15Result[i++] = temp[0];
        A15Result[i++] = temp[1];
    }
}

int main(int argc, char * argv[])
{
    std::string str;

    {
        char tpTime[6] = {0};
        char A15Result[12] = {0};
        
        // Initialize tpTime
        for(int i = 0; i < 6; i++)
            tpTime[i] = char(154);  // 154 would result in a 3-digit t in overflow_it().
        
        overflow_it(tpTime, A15Result);
        
        str.assign(A15Result);
    }

    std::cout << "str says: " << str << std::endl;

    return 0;
}

在继续之前，我们应该记住以下两个事实:
1)。我的机器是Intel x86机器，因此使用的是Little Endian规则。因此，对于一个int类型的变量“m”(其值为10)，它的内存布局可能是这样的:

Starting addr：0xbf89bebc: m(byte#1): 10
               0xbf89bebd: m(byte#2): 0
               0xbf89bebe: m(byte#3): 0
               0xbf89bebf: m(byte#4): 0

2)。上面的程序在主线程中运行。当涉及到overflow_it()函数时，线程堆栈中的变量布局如下所示(仅显示重要变量):

0xbfc609e9 : temp[0]
0xbfc609ea : temp[1]
0xbfc609eb : temp[2]
0xbfc609ec : m(byte#1) <-- Note that m follows temp immediately.  m(byte#1) happens to be the byte temp[3].
0xbfc609ed : m(byte#2)
0xbfc609ee : m(byte#3)
0xbfc609ef : m(byte#4)
0xbfc609f0 : t
...(3 bytes)
0xbfc609f4 : i
...(3 bytes)
...(etc. etc. etc...)
0xbfc60a26 : A15Result  <-- Data would be written to this buffer in overflow_it()
...(11 bytes)
0xbfc60a32 : tpTime
...(5 bytes)
0xbfc60a38 : str    <-- Note the str takes up 4 bytes.  Its starting address is **16 bytes** behind A15Result.

我的分析:
1)。 m是overflow_it()中的一个计数器，在每个for循环中其值都增加1，并且其最大值假定不大于6。因此，它的值可以完全存储在m(byte＃1)(记住它是Little Endian)中碰巧是temp 3。
2)。在错误的代码行中:当t是3位整数(例如109)时，sprintf()调用将导致缓冲区溢出，因为将数字109序列化为字符串“109”实际上需要4个字节:'1' ，“0”，“9”和终止符“\0”。因为temp []仅分配了3个字节，所以最终的'\0'肯定会写入temp 3，它只是m(byte＃1)，不幸的是存储了m的值。结果，每次将m的值重置为0。
3)。程序员的期望是，overflow_it()中的for循环仅执行6次，每次将m递增1。由于m始终重置为0，因此实际循环时间远远超过6倍。
4)。让我们看一下overflow_it()中的变量i:每次执行for循环时，i的值将增加2，并且将访问A15Result [i]。但是，如果编译并运行该程序，您将看到i值最终加起来为24，这意味着overflow_it()将数据写入A15Result [0]至A15Result [23]范围的字节中。请注意，对象str仅落后A15Result [0] 16个字节，因此overflow_it()已“清除” str并破坏了其正确的内存布局。
5)。我认为std::string的正确使用是非POD数据结构，这取决于实例化的std::string对象必须具有正确的内部状态。但是在此程序中，str的内部布局已在外部强制更改。这就是为什么assign()方法调用最终会导致段错误的原因。

于2011年8月26日更新
在我于2011年8月19日发布的先前更新中，我说过segfault是由对本地std::string对象的一种方法调用导致的，该对象的内存布局已损坏，因此成为“销毁”对象。这不是一个“永远”的真实故事。考虑下面的C++程序:

//C++
class A {
    public:
        void Hello(const std::string& name) {
           std::cout << "hello " << name;
         }
};
int main(int argc, char** argv)
{
    A* pa = NULL; //!!
    pa->Hello("world");
    return 0;
}

Hello()调用将成功。即使为pa分配了明显错误的指针，它也会成功。原因是:根据C++对象模型，类的非虚拟方法不在对象的内存布局中。 C++编译器将A::Hello()方法转换为类似A_Hello_xxx(A * const this，...)之类的方法，该方法可能是全局函数。因此，只要您不对“this”指针进行操作，事情就可以顺利进行。
此事实表明，“不良”对象是 ，而不是，这是导致SIGSEGV segfault的根本原因。 std::string中的assign()方法不是虚拟的，因此“错误的” std::string对象不会导致段错误。最终导致段错误的原因还必须有其他原因。
我注意到该段错误来自__gnu_cxx::__ exchange_and_add()函数，因此我在 this web page中查看了其源代码:

00046   static inline _Atomic_word 
00047   __exchange_and_add(volatile _Atomic_word* __mem, int __val)
00048   { return __sync_fetch_and_add(__mem, __val); }

__exchange_and_add()最终调用__sync_fetch_and_add()。根据 this web page，__sync_fetch_and_add()是GCC内置函数，其行为如下:

type __sync_fetch_and_add (type *ptr, type value, ...)
{
    tmp = *ptr; 
    *ptr op= value; // Here the "op=" means "+=" as this function is "_and_add".
    return tmp;
}

在那里!传入的ptr指针在此处取消引用。在08/19/2011程序中，ptr实际上是assign()方法中“错误” std::string对象的“this”指针。正是在这一点上的脱节实际上导致了SIGSEGV分段错误。
我们可以使用以下程序对此进行测试:

#include <bits/atomicity.h>

int main(int argc, char * argv[])
{
    __sync_fetch_and_add((_Atomic_word *)0, 10);    // Would result in a segfault.

    return 0;
}

Answer 1

有两种可能的可能性:

在第798行之前破坏了本地tmpTimeStamp的某些代码
对象

FormatTimeStamp()的返回值不正确。

_GLIBCXX_FULLY_DYNAMIC_STRING最有可能是红色鲱 fish ，并且与问题无关。

如果您为 debuginfo安装 libstdc++包(我不知道CentOS上的名称)，您将能够“查看”该代码，并能够判断是左侧(LHS)还是左侧分配运算符(operator)的RHS导致了问题。

如果不可能，则必须在程序集级别进行调试。进入 #2框架并执行 x/4x $ebp应该为您提供先前的 ebp， call 者地址( 0x081402fc)，LHS(应与帧 &tmpTimeStamp中的 #3匹配)和RHS。从那里走，祝你好运!