Wie verhält es sich beim Drucken von NULL mit dem %s-Spezifizierer von printf?

Stieß auf eine interessante Interviewfrage:

test 1:
printf("test %s\n", NULL);
printf("test %s\n", NULL);

prints:
test (null)
test (null)

test 2:
printf("%s\n", NULL);
printf("%s\n", NULL);
prints
Segmentation fault (core dumped)

Obwohl dies auf einigen Systemen gut laufen könnte, wirft zumindest meins einen Segmentierungsfehler. Was wäre die beste Erklärung für dieses Verhalten? Der obige Code ist in C.

Nachfolgend meine gcc-Informationen:

deep@deep:~$ gcc --version
gcc (Ubuntu/Linaro 4.6.3-1ubuntu5) 4.6.3

Das wichtigste zuerst: printf erwartet einen gültigen (dh Nicht-NULL-)Zeiger für sein %s-Argument, daher ist das Übergeben einer NULL offiziell undefiniert. Es kann “(null)” ausgeben oder es kann alle Dateien auf Ihrer Festplatte löschen – entweder ist das Verhalten in Bezug auf ANSI korrekt (zumindest sagt mir das Harbison und Steele).

Davon abgesehen, ja, das ist wirklich seltsames Verhalten. Es stellt sich heraus, dass das passiert, wenn Sie ein einfaches tun printf so was:

printf("%s\n", NULL);

gcc ist (Hm) schlau genug, dies in einen Aufruf zu zerlegen
puts. Der Erste printfDies:

printf("test %s\n", NULL);

ist kompliziert genug, dass gcc stattdessen einen Aufruf an real aussendet
printf.

(Beachten Sie, dass gcc Warnungen zu Ihrer ungültigen Datei ausgibt printf Argument beim Kompilieren. Das liegt daran, dass es vor langer Zeit die Fähigkeit zum Parsen entwickelt hat *printf Zeichenfolgen formatieren.)

Sie können dies selbst sehen, indem Sie mit kompilieren -save-temps Option und dann das Ergebnis durchsehen .s Datei.

Als ich das erste Beispiel kompilierte, bekam ich:

movl    $.LC0, %eax
movl    $0, %esi
movq    %rax, %rdi
movl    $0, %eax
call    printf      ; <-- Actually calls printf!

(Kommentare wurden von mir hinzugefügt.)

Aber der zweite erzeugte diesen Code:

movl    $0, %edi    ; Stores NULL in the puts argument list
call    puts        ; Calls puts

Das Seltsame ist, dass es den folgenden Zeilenumbruch nicht druckt. Es ist, als ob es herausgefunden hätte, dass dies einen Segfault verursachen wird, also stört es nicht. (Was es hat – es hat mich gewarnt, als ich es kompiliert habe.)

In Bezug auf die C-Sprache liegt der Grund darin, dass Sie undefiniertes Verhalten aufrufen und alles passieren kann.

Was die Mechanik anbelangt, warum dies geschieht, optimiert das moderne gcc printf("%s\n", x) zu puts(x)und puts hat nicht den dummen Code zum Drucken (null) wenn es einen Nullzeiger sieht, wohingegen gängige Implementierungen von printf habe diesen Sonderfall. Da gcc (im Allgemeinen) nicht-triviale Formatzeichenfolgen wie diese nicht optimieren kann, printf wird tatsächlich aufgerufen, wenn die Formatzeichenfolge anderen Text enthält.

Abschnitt 7.1.4 (von C99 oder C11) sagt:

§7.1.4 Nutzung von Bibliotheksfunktionen

¶1 Jede der folgenden Aussagen gilt, sofern in den folgenden detaillierten Beschreibungen nicht ausdrücklich anders angegeben: Wenn ein Argument für eine Funktion einen ungültigen Wert hat (z. B. einen Wert außerhalb der Domäne der Funktion oder einen Zeiger außerhalb des Adressraums der Programm oder ein Nullzeiger oder ein Zeiger auf einen nicht änderbaren Speicher, wenn der entsprechende Parameter nicht konstant qualifiziert ist) oder ein Typ (nach der Heraufstufung), der von einer Funktion mit einer variablen Anzahl von Argumenten nicht erwartet wird, ist das Verhalten undefiniert.

Da die Spezifikation von printf() sagt nichts darüber aus, was passiert, wenn Sie einen Nullzeiger darauf übergeben %s Bezeichner ist das Verhalten explizit undefiniert. (Beachten Sie, dass das Übergeben eines Nullzeigers, der von der gedruckt werden soll, übergeben wird %p Bezeichner ist kein undefiniertes Verhalten.)

Hier ist das ‘Kapitel und Vers’ für die fprintf() Familienverhalten (C2011 – es ist eine andere Abschnittsnummer in C1999):

§7.21.6.1 Die fprintf-Funktion

s Wenn nein l Längenmodifikator vorhanden ist, muss das Argument ein Zeiger auf das Anfangselement eines Arrays vom Zeichentyp sein. […]

Wenn ein l Längenmodifikator vorhanden ist, muss das Argument ein Zeiger auf das Anfangselement eines Arrays vom Typ wchar_t sein.

p Das Argument soll ein Zeiger auf void sein. Der Wert des Zeigers wird in einer implementierungsdefinierten Weise in eine Folge von Druckzeichen umgewandelt.

Die Vorgaben für die s Konvertierungsbezeichner schließen die Möglichkeit aus, dass ein Nullzeiger gültig ist, da der Nullzeiger nicht auf das Anfangselement eines Arrays des entsprechenden Typs zeigt. Die Spezifikation für die p Der Konvertierungsbezeichner erfordert nicht, dass der void-Zeiger auf etwas Bestimmtes zeigt, und daher ist NULL gültig.

Die Tatsache, dass viele Implementierungen eine Zeichenfolge wie z (null) Wenn ein Nullzeiger übergeben wird, ist es eine Freundlichkeit, auf die man sich nicht verlassen kann. Das Schöne an undefiniertem Verhalten ist, dass eine solche Reaktion erlaubt, aber nicht erforderlich ist. Ebenso ist ein Absturz erlaubt, aber nicht erforderlich (eigentlich schade – Leute werden gebissen, wenn sie auf einem fehlerverzeihenden System arbeiten und dann auf andere weniger fehlerverzeihende Systeme portieren).

Das NULL -Zeiger zeigt auf keine Adresse, und der Versuch, ihn zu drucken, führt zu undefiniertem Verhalten. Undefiniert bedeutet, dass Ihr Compiler oder Ihre C-Bibliothek entscheiden muss, was zu tun ist, wenn sie versucht, NULL auszugeben.