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新手BUG：在声明了返回值的函数中不写返回值

article 2024/11/7 17:00:53

本文对两个分别以int和string为返回值类型的函数进行分析，说明了在有返回值的函数中不写返回值会产生的问题。然后给出在编译阶段检查出这样的问题的办法。

一、背景

在软件测试环节发现，函数会在返回之前coredump。经过排查发现，在这个会产生core的函数中调用了另外一个返回值类型为string的函数。而在这个返回值为string的函数中的某些分支中没有写明确的返回语句导致返回的string是个无效数值。

二、具体现象

在使用O0和O2优化级别编译的时候出现coredump，且coredump的原因都是无效指针释放。 源代码

#include <stdio.h>
#include <string>
std::string get_string(int idx){
    if(idx <= 1)
         return std::string("<1");
}

int main() {
    get_string(2);
    return 0;
}

使用O0或者O2编译

g++ noreturn.cpp -g -O0
# g++ noreturn.cpp -g -O2

三、从汇编代码看这个问题

3.1 返回值为int的情况

3.1.1 汇编语言对照

getint和getint_error两个函数都被声明了int类型的返回值。区别在于，getint函数中有明确返回语句 return 10，而getint_error函数没有明确的返回语句。

3.1.2 汇编语言分析

从汇编代码可以看出区别，当被调用函数中（getint）有return 10语句时，函数的返回值被保存在eax寄存器中返回给调用者，main函数作为函数调用者从eax寄存器获取返回值使用。

当函数中（getint_error）没有返回语句的时候，eax寄存器将不会被赋值，这时候main函数作为调用者通过eax获取的返回值是上次函数调用（getint）的结果。

具体执行情况为：执行第35行 auto i1 = getint(); 时，eax寄存器保存了10作为函数返回值赋值给了i1；执行第36行 auto i2 = getint_error()；时，eax寄存器并没有被getint_error函数赋值，因此仍然保存着上次函数调用的结果10。

最终，i1和i2两个变量是相等的，都是通过getint函数获取的eax寄存器的值被赋值的。

3.1.3 gdb单步调试确认

通过gdb单步调试，也可以确认以上分析的合理性，从最后的执行结果可以看出，i1和i2两个变量的数值是一样的。

3.2 返回值为string的情况

3.2.1 汇编语言对照

getstr和getstr_error两个函数都被声明了std::string类型的返回值。区别在于，getstr函数中有明确返回语句 return std::string()，而getstr_error函数没有明确的返回语句。

3.2.2 汇编语言分析

从汇编代码可以看出区别，当被调用函数中（getstr）有return 语句时，将会调用std::string的构造函数，并将函数的返回值被保存在rax寄存器中返回给调用者，main函数作为函数调用者从rax寄存器获取返回值使用。

当函数中（getstr_error）没有返回语句的时候，rax寄存器虽然被赋值，却被赋值为无效值，这时候main函数作为调用者通过rax获取的返回值是无效的。

当main函数对s1,s2这两个局部变量进行析构的时候，s2先被正常析构，s1析构的时候将产生异常错误。

3.2.3 gdb单步调试确认

通过gdb单步调试，也可以确认以上分析的合理性。按照构造和析构顺序相反的原则，s2先被正常析构（绿色框），s1析构时报错（红色框__GI___libc_free (mem=0x280) at malloc.c:3102）。

通过gdb打印s1和s2的变量内容后可以看出问题。

s1的内存地址为0x7fffffffdd40，其中，s1的size为 0x10000ffff, 数据地址为 0x280，因此s1的size和数据地址都是无效的，因此在析构时free报错。

(gdb) print /x ((std::string*)0x7fffffffdd40)->size()
$35 = 0x10000ffff
(gdb) print /x ((std::string*)0x7fffffffdd40)->_M_dataplus
$43 = {<std::allocator<char>> = {<__gnu_cxx::new_allocator<char>> = {<No data fields>}, <No data fields>}, _M_p = 0x280}
(gdb) print /x ((std::string*)0x7fffffffdd40)->_M_dataplus->_M_p
$44 = 0x280

s2的内存地址为0x7fffffffdd60，其中，s2的size为 0x0, 数据地址为 0x7fffffffdd70，因此s2的size和数据地址都是有效的，因此在析构时正常。

(gdb) print /x ((std::string*)0x7fffffffdd60)->size()
$34 = 0x0
(gdb) print /x ((std::string*)0x7fffffffdd60)->_M_dataplus
$41 = {<std::allocator<char>> = {<__gnu_cxx::new_allocator<char>> = {<No data fields>}, <No data fields>}, _M_p = 0x7fffffffdd70}
(gdb) print /x ((std::string*)0x7fffffffdd60)->_M_dataplus->_M_p
$42 = 0x7fffffffdd70