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Konstantin W
Asked: 2024-08-05 22:03:59 +0800 CST

GCC 使用 -Os 进行优化时错误地假设指针为 NULL

  • 772

最近我们切换到了较新的 GCC，它在优化大小时优化了整个函数并将其替换为“空指针访问”陷阱代码。查看 godbolt，在使用 进行优化时，GCC 11.1 出现了此问题。使用和-Os进行优化效果很好，甚至使用 也是如此。-O2-O3-fstrict-aliasing

简化后的代码如下所示（godbolt 链接）：

#include <inttypes.h>
#include <stddef.h>
#include <string.h>

typedef struct bounds_s {
  uint8_t *start;
  uint8_t *end;
} bounds_s_t;

static void reserve_space(bounds_s_t *bounds, size_t len, uint8_t **element)
{
  if (bounds->start + len > bounds->end) {
    return;
  }
  
  *element = bounds->start;
  bounds->start += len;
}

void bug(uint8_t *buffer, size_t size)
{
  bounds_s_t bounds;
  uint32_t *initialize_this;
  
  initialize_this = NULL;
  bounds.start = buffer;
  bounds.end = buffer + size;

  reserve_space(&bounds, sizeof(*initialize_this), (uint8_t **)&initialize_this);

  uint32_t value = 1234;
  memcpy(initialize_this, &value, sizeof(*initialize_this));
}

并导致以下组装：

bug:
        xor     eax, eax
        mov     DWORD PTR ds:0, eax
        ud2

什么优化会让 GCC 认为initialize_this变量为 NULL？我唯一想到的就是违反严格的别名规则。但是，将双指针从 转换为uint32_t **真的uint8_t **会成为这里的问题并导致如此严重的后果吗？

c

1 个回答

  1. Best Answer

    *element = bounds->start;违反严格别名：

    • 由于element有类型uint8_t **，*element有类型uint8_t *，所以这是存储到*element具有类型的uint8_t *。
    • 此时，element的地址为initialize_this，其声明类型为 ，因此有效类型为uint32_t *。
    • 访问uint32_t *类型为的auint8_t *不符合 C 2018 6.5 7 中的任何别名规则。
    • 在 GCC 中，-fstrict-aliasing通过 启用-Os。
    • 因此，编译器可以得出结论，因为它看不到对可能uint32_t *在之后成为别名的类型的写入initialize_this = NULL;，而该写入initialize_this与空指针没有变化。

    此外，代码中没有控制来确保的值bounds->start是正确对齐的地址uint32_t。

    这些问题可以得到修复：

    • 的调用者reserve_space还应该传递一个对齐要求，该要求可以通过使用调用来计算_Alignof (uint32_t *)（并且，根据即将推出的 C 标准，_Alignof (typeof (initialize_this))）。reserve_space应根据需要添加填充字节，以使起始地址成为此要求的倍数。
    • 不应使用 类型的参数uint8_t **，而reserve_space应返回void *指向保留空间的 。然后调用例程可以将其分配给initialize_this，赋值的隐式转换将自动将其转换为正确的类型。

    代码也没有显示 的​​起源buffer。如果它是动态分配的空间，那么一旦initialize_this如上所述正确设置 ，*initialize_this就可以用作普通的uint32_t。特别是，无需使用memcpy将值复制到其中；它可以使用 来设置*initialize_this = 1234;。但是，如果buffer以其他方式创建，例如 声明的 数组uint8_t，则可能仍存在别名问题。

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