C C 返回內部靜態成員的陷阱

c/c++返回內部靜態成員的陷阱

陳皓

背景

在我們用c/c++開發的過程中，總是有乙個問題會給我們帶來苦惱。這個問題就是函式內和函式外**需要通過一塊記憶體來互動（比如，函式返回字串），這個問題困擾和很多開發人員。如果你的記憶體是在函式內棧上分配的，那麼這個記憶體會隨著函式的返回而被彈棧釋放，所以，你一定要返回一塊函式外部還有效的記憶體。

這是乙個讓無數人困擾的問題。如果你一不小心，你就很有可能在這個上面犯錯誤。當然目前有很多解決方法，如果你熟悉一些標準庫的話，你可以看到許多各式各樣的解決方法。大體來說有下面幾種：

1）在函式內部通過malloc或new在堆上分配記憶體，然後把這塊記憶體返回（因為在堆上分配的記憶體是全域性可見的）。這樣帶來的問題就是潛在的記憶體問題。因為，如果返回出去的記憶體不釋放，那麼就是memory leak。或者是被多次釋放，從而造成程式的crash。這兩個問題都相當的嚴重，所以這種設計方法並不推薦。（在一些windows api中，當你呼叫了一些api後，你必需也要呼叫他的某些api來釋放這塊記憶體）

2）讓使用者傳入一塊他自己的記憶體位址，而在函式中把要返回的記憶體放到這塊記憶體中。這是乙個目前普遍使用的方式。很多windows api函式或是標準c函式都需要你傳入乙個buffer和這個buffer的長度。這種方式對我們來說應該是屢見不鮮了。這種方式的好處就是由函式外部的程式來維護這塊記憶體，比較簡顯直觀。但問題就是在使用上稍許有些麻煩。不過這種方式把犯錯誤的機率減到了最低。

3）第三種方式顯得比較另類，他利用了static的特性，static的棧記憶體一旦分配，那這塊記憶體不會隨著函式的返回而釋放，而且，它是全域性可見的（只要你有這塊記憶體的位址）。所以，有一些函式使用了static的這個特性，即不用使用堆上的記憶體，也不需要使用者傳入乙個buffer和其長度。從而，使用得自己的函式長得很漂亮，也很容易使用。

這裡，我想對第三個方法進行一些討論。使用static記憶體這個方法看似不錯，但是它有讓你想象不到的陷阱。讓我們來用乙個實際發生的案例來舉乙個例子吧。

示例

char *inet_ntoa(struct in_addr in);

顯然，這個函式不會分配堆上的記憶體，而他又沒有讓你傳一下字串的buffer進入，那麼他一定使用「返回static char」這種方法。在我們繼續我們的討論之前，讓我們先了解一下ip位址相關的知識，下面是inet_ntoa這個函式需要傳入的引數：（也許你會很奇怪，只有乙個member的struct還要放在struct中幹什麼？這應該是為了程式日後的擴充套件性的考慮）

struct in_addr

對於ipv4來說，乙個ip位址由四個8位的bit組成，其放在s_addr中，高位在後，這是為了方便網路傳輸。如果你得到的乙個s_addr的整型值是：3776385196。那麼，開啟你的windows計算器吧，看看它的二進位制是什麼？讓我們從右到左，8位為一組（如下所示）。

11100001   00010111    00010000    10101100

再把每一組轉成十進位制，於是我們就得到：225   23   16   172， 於是ip位址就是 172.16.23.225。

好了，言歸正傳。我們有這樣乙個程式，想記錄網路包的源位址和目地位址，於是，我們有如下的**：

struct in_addr src, des;

........

........

fprintf(fp, "源ip位址<%s>/t  目的ip位址<%s>/n", inet_ntoa(src),   inet_ntoa(des));

會發生什麼樣的結果呢？你會發現記錄到檔案中的源ip位址和目的ip位址完全一樣。這是什麼問題呢？於是你開始除錯你的程式，你發現src.s_addr和des.s_addr根本不一樣（如下所示）。可為什麼輸出到檔案的源和目的都是一樣的？難道說是inet_ntoa的bug？

src.s_addr = 3776385196;    //對應於172.16.23.225

des.s_addr = 1678184620;  //對應於172.16.7.100

原因就是inet_ntoa()「自作聰明」地把內部的static char返回了，而我們的程式正是踩中了這個陷阱。讓我們來分析一下fprintf**。在我們fprintf時，編譯器先計算inet_ntoa(des)，於是其返回乙個字串的位址，然後程式再去求inet_ntoa(src)表示式，又得到乙個字串的位址。這兩個字串的位址都是inet_ntoa()中那個static char，顯然是同乙個位址，而第二次求src的ip時，這個值的des的ip位址內容必將被src的ip覆蓋。所以，這兩個表示式的字串記憶體都是一樣的了，此時，程式會呼叫fprintf把這兩個字串（其實是乙個）輸出到檔案。所以，得到相同的結果也就不奇怪。

仔細看一下inet_ntoa的man，我們可以看到這句話：the string is returned in a statically allocated buffer,  which  subsequent calls will overwrite. 證實了我們的分析。

小結

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