无符号数和有符号数的“bug”

1. 起因

在实现kmp算法时,出现了诡异的现象,看下面的代码:

int KMP (const char *s, const char *t)
{int lenS = strlen (s);int lenT = strlen (t);int next[lenT];get_next (next, t);int i = 0;int j = 0;while (i < lenS && j < lenT) {if (j == -1 || s[i] == t[j]) {++i;++j;} else {j = next[j];}}if (j == strlen (t))return i - j;elsereturn -1;
}

代码过程不重要。

乍一看lenSstrlen(s)是等价的,可是如果将lenS都替换成strlen(s)lenT都替换成strlen(t),就会得到非预期结果,??? 一脸问号

2. 发现问题

注意到strlen()返回的类型是size_t,有了一丝怀疑。
于是,改掉其中两行:

int lenS = strlen (s);
int lenT = strlen (t);
//	换成下面的
size_t lenS = strlen(s);
size_t lenT = strlen(t)

结果,代码果然不能正常工作了,拿gdb单步追踪,发现了问题所在:索引变量j的值可能为-1,此时 j为有符号负数,而size_t是无符号的,于是 -1 < strlen(t)这个条件就为false

3. 验证

换个更直观的demo:

#include <stdio.h>int main (void)
{int a = -1;size_t b = 100;if (a < b) {puts ("a < b");} else {puts ("a > b");}
}

输出结果为a > b,与预期截然相反,总以为编译器会聪明地处理好这种情况,然而并没有。

从概率上来讲,这个错误是很容易犯的,而且不是很好查。然而居然头一次遇到,多少有些后怕。

看下这个demo的汇编代码:
在这里插入图片描述

可以看到,第 20行将-1赋值给%-4(rbp)(a),将100赋值给-16(%rbp)
(b),也就是我们定义的两个整型变量。

将a存入%eax,然后用ctlq(cdeq)指令将它符号位扩展至%rax(0xFFFFFFFFFFFFFFFF),最后用无符号比较指令jnb来进行条件判断。

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