编程中的 末行效应

Question

我研究过数百个因“拷贝-粘贴”导致的错误。可以肯定的是，程序员常常会在一大段代码的最后一段里犯错。好像还没有任何编程书讨论过这种现象，因此我决定自己写点什么。我称之为“末行效应”。

我叫 Andrey Karpov，我的工作有点不寻常：我借助静态分析工具研究各种应用程序代码，并描述从中找到的错误或者缺陷。我这么做既有实际效益也因为工作需要。使用的方法正是基于我们公司所推广的 PVS-Studio 和 CppCat 工具的原理。套路很简单：找 bug，然后写文章分析 bug，文章吸引到潜在用户的注意，接着就是收益。但今天这篇文章不是介绍这些工具的。

在分析各种软件项目的过程中，我把找到的 bug 以及相关代码存入一个特殊的数据库。顺便说一下，有兴趣的话各位可以看一看这个数据库。我们把它转换成网页格式并上传到了公司网站的 Detected errors 栏下。

这个数据库独一无二！目前它收录了 1500 块问题代码片，正等着程序员们去研究，从中总结出特定规律。为将来的研究，手册和文章奠定一个基础。

我还没认真地分析过目前搜集到的材料。但是过程中我发现有一个明显的模式反复出现，决定深入研究一下。你大概看到了，文中我反复使用短语“注意最后一行”。在我看来，这一定有某种规律。

末行效应

编程的时候，程序员常常需要写一系列相似的结构。逐行敲键盘输入无聊且低效。这就是为什么他们会使用奥义-“拷贝-粘贴”大法：一段代码被拷贝粘贴几次，然后修改。谁都知道这样做的坏处：你很容易在粘贴后忘记修改某些内容最后滋生出问题。不幸的是，常常找不到比这更好的方法。

那么我发现了什么规律呢？我发现错误常常发生在最后的一块粘贴代码里。

下面是一个简短的例子：

inline Vector3int32& operator+=(const Vector3int32& other) {
  x += other.x;
  y += other.y;
  z += other.y;
  return *this;
}

注意这一行：”z += other.y;”。程序员忘记把‘y’替换成‘z’了。

也许你以为这是个假设的例子，然后它其实来自一个真实的应用程序。接下来，我会让你相信这是高频常见的一种错误。程序员们经常在一连串相似操作的结尾犯这种错误。

我听说攀岩者常常在最后的几十米中滑落下来。并不是因为他们累了，而正是由于他们对即将到达的终点过于兴奋，他们想象着成功后的喜悦，变得疏忽大意，最后失足。我猜想程序员们也是这样的。

接下来看一组数据。

研究了数据库后，我分离出了 84 个代码段由“拷贝-粘贴”大法生成。其中 41 段中错误发生在中间的某些粘贴块。比如：

strncmp(argv[argidx], "CAT=", 4) &&
strncmp(argv[argidx], "DECOY=", 6) &&
strncmp(argv[argidx], "THREADS=", 6) &&
strncmp(argv[argidx], "MINPROB=", 8)) {

“THREADS=”字符串的长度是 8 个字符，而非 6。

另外的 43 段代码中，错误发生在最后的粘贴块。

当然，43 比 41 大不了多少。但是请注意，一段程序中，可能有很多类似的代码块，因此错误可能发生在第一，第二，第五甚至第十块中。因此在其他代码块中我们有一个相对均匀的分布，而最后一块却存在一个峰值。

平均而言，相似代码块总数为 5。

于是前面 4 个代码块中均匀分布了 41 处错误，平均每块代码有 10 个错误。

然而最后一块代码中有 43 个错误！

下面的分布概图凸显出这个现象：

图 1. 五块类似代码段中的错误分布概图

因此我们可以总结出一个规律：

在最末的粘贴代码块中出错的概率是其他代码块的 4 倍。

这个规律可能并没有普适性。它只是个有趣的发现，其实际效用在于：提醒在你写最后一块的时候保持警觉。

实例：

下面我要证明这并不是我的胡思乱想而是有真实的趋势的。请看下面的实例。

当然，我不会列出所有例子，仅列举简单而有代表性的。

Source Engine SDK

inline void Init( float ix=0, float iy=0,
                  float iz=0, float iw = 0 ) 
{
  SetX( ix );
  SetY( iy );
  SetZ( iz );
  SetZ( iw );
}

最后一行应该是 SetW()。

Chromium

if (access & FILE_WRITE_ATTRIBUTES)
  output.append(ASCIIToUTF16("\tFILE_WRITE_ATTRIBUTES\n"));
if (access & FILE_WRITE_DATA)
  output.append(ASCIIToUTF16("\tFILE_WRITE_DATA\n"));
if (access & FILE_WRITE_EA)
  output.append(ASCIIToUTF16("\tFILE_WRITE_EA\n"));
if (access & FILE_WRITE_EA)
  output.append(ASCIIToUTF16("\tFILE_WRITE_EA\n"));
break;

最后两行相同。

ReactOS

if (*ScanString == L'\"' ||
    *ScanString == L'^' ||
    *ScanString == L'\"')

Multi Theft Auto

class CWaterPolySAInterface
{
public:
    WORD m_wVertexIDs[3];
};
CWaterPoly* CWaterManagerSA::CreateQuad (....)
{
  ....
  pInterface->m_wVertexIDs [ 0 ] = pV1->GetID ();
  pInterface->m_wVertexIDs [ 1 ] = pV2->GetID ();
  pInterface->m_wVertexIDs [ 2 ] = pV3->GetID ();
  pInterface->m_wVertexIDs [ 3 ] = pV4->GetID ();
  ....
}

最后一行冗余代码来自于惯性粘贴。数组的大小是 3。

Source Engine SDK

intens.x=OrSIMD(AndSIMD(BackgroundColor.x,no_hit_mask),
                AndNotSIMD(no_hit_mask,intens.x));
intens.y=OrSIMD(AndSIMD(BackgroundColor.y,no_hit_mask),
                AndNotSIMD(no_hit_mask,intens.y));
intens.z=OrSIMD(AndSIMD(BackgroundColor.y,no_hit_mask),
                AndNotSIMD(no_hit_mask,intens.z));

程序员忘记把最后一行的中的“BackgroundColor.y”改成“BackgroundColor.z”。

Trans-Proteomic Pipeline

void setPepMaxProb(....)
{  
  ....
  double max4 = 0.0;
  double max5 = 0.0;
  double max6 = 0.0;
  double max7 = 0.0;
  ....
  if ( pep3 ) { ... if ( use_joint_probs && prob > max3 ) ... }
  ....
  if ( pep4 ) { ... if ( use_joint_probs && prob > max4 ) ... }
  ....
  if ( pep5 ) { ... if ( use_joint_probs && prob > max5 ) ... }
  ....
  if ( pep6 ) { ... if ( use_joint_probs && prob > max6 ) ... }
  ....
  if ( pep7 ) { ... if ( use_joint_probs && prob > max6 ) ... }
  ....
}

程序员忘记把最后一个判断中的“prob > max6”改为“prob > max7”。

SeqAn

inline typename Value<Pipe>::Type const & operator*() {
  tmp.i1 = *in.in1;
  tmp.i2 = *in.in2;
  tmp.i3 = *in.in2;
  return tmp;
}

SlimDX

for( int i = 0; i < 2; i++ )
{
  sliders[i] = joystate.rglSlider[i];
  asliders[i] = joystate.rglASlider[i];
  vsliders[i] = joystate.rglVSlider[i];
  fsliders[i] = joystate.rglVSlider[i];
}

最后一行应该用 rglFSlider。

Qt

if (repetition == QStringLiteral("repeat") ||
    repetition.isEmpty()) {
  pattern->patternRepeatX = true;
  pattern->patternRepeatY = true;
} else if (repetition == QStringLiteral("repeat-x")) {
  pattern->patternRepeatX = true;
} else if (repetition == QStringLiteral("repeat-y")) {
  pattern->patternRepeatY = true;
} else if (repetition == QStringLiteral("no-repeat")) {
  pattern->patternRepeatY = false;
  pattern->patternRepeatY = false;
} else {
  //TODO: exception: SYNTAX_ERR
}

最后一块少了‘patternRepeatX’。正确的代码应该是：

pattern->patternRepeatX = false;
pattern->patternRepeatY = false;

ReactOS

const int istride = sizeof(tmp[0]) / sizeof(tmp[0][0][0]);
const int jstride = sizeof(tmp[0][0]) / sizeof(tmp[0][0][0]);
const int mistride = sizeof(mag[0]) / sizeof(mag[0][0]);
const int mjstride = sizeof(mag[0][0]) / sizeof(mag[0][0]);

‘mjstride’永远等于 1。最后一行应该是：

const int mjstride = sizeof(mag[0][0]) / sizeof(mag[0][0][0]);

Mozilla Firefox

if (protocol.EqualsIgnoreCase("http") ||
    protocol.EqualsIgnoreCase("https") ||
    protocol.EqualsIgnoreCase("news") ||
    protocol.EqualsIgnoreCase("ftp") ||          <<<---
    protocol.EqualsIgnoreCase("file") ||
    protocol.EqualsIgnoreCase("javascript") ||
    protocol.EqualsIgnoreCase("ftp")) {          <<<---

最后的“ftp”很可疑，它之前已经被比较过了。

Quake-III-Arena

if (fabs(dir[0]) > test->radius ||
    fabs(dir[1]) > test->radius ||
    fabs(dir[1]) > test->radius)

dir[2]的值忘记检查了。

Clang

return (ContainerBegLine <= ContaineeBegLine &&
        ContainerEndLine <= ContaineeEndLine &&
        (ContainerBegLine != ContaineeBegLine ||
         SM.getExpansionColumnNumber(ContainerRBeg) <=
         SM.getExpansionColumnNumber(ContaineeRBeg)) &&
        (ContainerEndLine != ContaineeEndLine ||
         SM.getExpansionColumnNumber(ContainerREnd) >=
         SM.getExpansionColumnNumber(ContainerREnd)));

最后一块，“SM.getExpansionColumnNumber(ContainerREnd)”表达式在跟自己比较大小。

MongoDB

bool operator==(const MemberCfg& r) const {
  ....
  return _id==r._id && votes == r.votes &&
         h == r.h && priority == r.priority &&
         arbiterOnly == r.arbiterOnly &&
         slaveDelay == r.slaveDelay &&
         hidden == r.hidden &&
         buildIndexes == buildIndexes;
}

程序员把最后一行的“r”忘记了。

Unreal Engine 4

static bool PositionIsInside(....)
{
  return
    Position.X >= Control.Center.X - BoxSize.X * 0.5f &&
    Position.X <= Control.Center.X + BoxSize.X * 0.5f &&
    Position.Y >= Control.Center.Y - BoxSize.Y * 0.5f &&
    Position.Y >= Control.Center.Y - BoxSize.Y * 0.5f;
}

最后一行中，程序员忘记了两个地方。首先，“>=”应改为“<=”，其次，减号应改为加号。

Qt

qreal x = ctx->callData->args[0].toNumber();
qreal y = ctx->callData->args[1].toNumber();
qreal w = ctx->callData->args[2].toNumber();
qreal h = ctx->callData->args[3].toNumber();
if (!qIsFinite(x) || !qIsFinite(y) ||
    !qIsFinite(w) || !qIsFinite(w))

最后一个 qlsFinite 中，传入参数应该是‘h’。

OpenSSL

if (!strncmp(vstart, "ASCII", 5))
  arg->format = ASN1_GEN_FORMAT_ASCII;
else if (!strncmp(vstart, "UTF8", 4))
  arg->format = ASN1_GEN_FORMAT_UTF8;
else if (!strncmp(vstart, "HEX", 3))
  arg->format = ASN1_GEN_FORMAT_HEX;
else if (!strncmp(vstart, "BITLIST", 3))
  arg->format = ASN1_GEN_FORMAT_BITLIST;

字符串“BITLIST”长度为 7，而非 3。

就此打住吧。我举的例子已经够说明问题了吧？

结论

本文告诉你“拷贝-粘贴”大法在最后一个粘贴代码块中出错的概率很可能是其他块的 4 倍。

这跟人类的心理学有关，与技术水平无关。文中说明了即便是像 Clang 或者 Qt 项目中的编程高手也会犯这种错误。

我希望这个现象的发现对于程序员们有所帮助，也许可以促使他们去研究我们的 bug 数据库。相信如此有助于在这些错误中发现新的规律并总结出新的编程建议。