Valgrind ClientCheck 未初始化的字符串

Question

我是 Valgrind 的新手，在查找其中一些警告的来源时遇到了一些麻烦。我一直在使用 memcheck.h 中的 VALGRIND_CHECK_VALUE_IS_DEFINED 宏来尝试找到错误的确切来源，这让我怀疑我是否正确使用了该工具。

这是我使用 Valgrind 运行的示例程序：

#include <valgrind/memcheck.h>
    
int main() {
    std::string str("test");
    VALGRIND_CHECK_VALUE_IS_DEFINED(str);
    return 0;
}

导致出现以下警告：

==9612== Uninitialised byte(s) found during client check request
==9612==    at 0x11EB45: main (main.cpp:5)
==9612==  Address 0x1ffefffd35 is on thread 1's stack
==9612==  in frame #0, created by main (main.cpp:3)
==9612==  Uninitialised value was created by a stack allocation
==9612==    at 0x11EA8E: main (main.cpp:3)

非常相似的程序：

#include <valgrind/memcheck.h>
    
int main() {
    int x = 0;
    VALGRIND_CHECK_VALUE_IS_DEFINED(x);
    return 0;
}

没有这样的问题。我使用标志 --track-origins=yes 进行线路跟踪，并在 Ubuntu 20.04 LTS 上使用 g++ 9.4.0 编译为 c++17（尽管我收到了与 clang++ 14.0.0 相同的警告）。

这是我的错误，还是 Valgrind 的问题？

Answer 1

原因很简单。 std::string 大致由指针、长度和 allocate_capacity 成员组成。在 64 位类 Unix 平台上它们都是 8 字节。如果字符串足够短，“SSO”[小字符串优化]将通过联合回收（并扩展）分配的容量成员来存储字符串。

请注意，clang libc++ 的做法有点不同（我认为那里的联合回收了指针和允许更大“小”字符串的容量）。

这意味着 sizeof(std::string) 是 32。那么有两种可能性。

1. 如果字符串不是“短”，则指针、长度和 allocate_capacity 都会被使用，最后 8 个字节将不会被初始化。
2. 如果字符串为“短”，则 local_buf 中的任何备用容量（libstdc++ 为 16 字节）都将未初始化。

考虑以下代码。我使用了 VALGRIND_GET_VBITS ，它将获取一个字节，其中已定义内存的位设置为零，未定义内存的位设置为 1。

#include "valgrind/memcheck.h"
#include <string>
#include <iostream>

int main() {
    const auto size = sizeof(std::string);
    unsigned char bits[size];
    // SSO, local buf not filled
    std::string str("test");
    VALGRIND_CHECK_VALUE_IS_DEFINED(str);
    VALGRIND_GET_VBITS(&str, bits, size);
    for (int i = 0; i < size; ++i)
       std::cout << "byte " << std::dec << i << " bits " << std::hex << static_cast<int>(bits[i]) << '\n';

    // SSO, local buf illed
    std::string str2("123456789012345");
    VALGRIND_CHECK_VALUE_IS_DEFINED(str2);
    VALGRIND_GET_VBITS(&str2, bits, size);
    for (int i = 0; i < size; ++i)
       std::cout << "byte " << std::dec << i << " bits " << std::hex << static_cast<int>(bits[i]) << '\n';

    // not SSO
    std::string str3("12345678901234567890");
    VALGRIND_CHECK_VALUE_IS_DEFINED(str3);
    VALGRIND_GET_VBITS(&str3, bits, size);
    for (int i = 0; i < size; ++i)
       std::cout << "byte " << std::dec << i << " bits " << std::hex << static_cast<int>(bits[i]) << '\n';
    return 0;
}

对于 str （使用 4 个字节加 1 个字节作为 nul，因此 SSO 缓冲区为 5 个字节）。 “未初始化字节”消息后的输出是

字节 0 位 0
[同1至13]
字节 14 位 0
字节 15 位 ff
[同样16到30]
byte 31 位 ff

所以你可以看到字节 15 到 31 是未定义的。那是 11 个字节，这正是我所期望的。 16 个字节用于 SSO local_buf，其中前 5 个字节由“test\0”初始化。

对于 str2，没有“未初始化字节”消息，并且 VBITS 均已定义。

最后，对于 str3，对于 SSO 来说太长，再次出现“未初始化字节”消息，这次输出是

字节 0 位 0
[相同 1 至 22]
字节 23 位 0
字节 24 位 ff
[同样25到30]
byte 31 位 ff

这又符合预期。现在，字符串的最后 8 个字节就像未使用的填充并且未初始化。