C语言语句简析

开发过程中，你是否会发出“基础不牢，地动山摇”的感慨，我相信，只要有经验的工程师，应该都有过。

鱼鹰曾经因为一个很基础的知识，差点毁了整个项目，这不是危言耸听。

因为这个代码用于整个系统自检，一旦运行出错，整个系统就废了。

为了不让别人篡改鱼鹰的代码，鱼鹰设计了多套机制，其中一个就是定时检查关键代码是否已执行，如果有一次没有执行，那么系统进入异常状态，这个功能类似窗口看门狗。

 

uint16_t run_cnt, run_cnt_next;


void function1()
{
  do something ;
  run_cnt++; // 自加，表示该函数已执行
}
int main()
{
  while(1)
  {
    function1();
    if(run_cnt != run_cnt_next + 1) // 判断两个变量是否匹配
    {
      do error some thing
    }
    run_cnt_next++; // 这个位置也自加，表示这里已执行
  }
}

类似流程如上，当时鱼鹰为了减少变量空间，将计数器设计成了 uint16_t 类型，导致埋下了隐患。

这个流程乍一看没有问题，因为 run_cnt 比 run_cnt_next 先加，那么 run_cnt_next + 1 应该等于 run_cnt，如果不相等，作错误处理。

甚至短时间内运行不会有任何问题，除非 16 位溢出…… 所以一个量产项目，任何一点改动，都可能需要长时间的稳定测试，只有这样才能确保系统稳定性，不能认为自己能力强，写的代码不用测试就直接合并了。

原先鱼鹰以为，这两个变量都是 16 位，那么 + 1 的结果应该也是16 位，最后比较时，也是 16 位比较，这样即使最终 16 位自加溢出了，结果也会是正确的。

if(run_cnt != run_cnt_next + 1) // 判断两个变量是否匹配
{
      do error some thing
}

 

但你以为，终究是你以为。   实际上，因为你和  1 自加了，最终比较是按照 32 位进行比较，而 run_cnt 受到变量位数限制，始终是 16 位的结果（但扩展成 32 位比较，即高 16 位全是 0）



这样就会导致在溢出时，两者是不相等的。 比如上一次 run_cnt 为 0xFFFF 时（受位数限制，最大只能是这个），run_cnt_next 为 0xFFFE，此次结果比较即使按 32 位比较，也是没有问题的，都是 0xFFFF。

但下一次运行时，run_cnt 自加，溢出变成 0，而 run_cnt_next 是 0xFFFF，再和 1 相加，因为比较会使用 32 位比较，所以此时结果是 0x10000，最终导致两者不相等（0 != 0x10000）。

那么为什么会导致上面的问题呢？这里涉及到两个 C 语言基础知识点，估计大家以前都了解过，但估计没有当回事。

1、常量默认为 int 型（但不一定是 32 bit ，和内核和编译器有关，上面的 +1 就是 int 型）

2、整型提升（详细可网上查找） 因为两边的结果类型不一致（+ 1 导致右边结果成了 int 类型），所以最终按 int 型处理。

最终导致溢出时，结果判断失败。 我们可以通过汇编看出一些端倪：



我们可以看到 r0 + 1 之后，直接和 r1 比较，也就是说，结果可能超过 0xFFFF，导致出错。  

那么，怎么样才可以保证结果为 16 位呢？ 我们可以这样处理：

 

if((uint16_t)run_cnt != (uint16_t)(run_cnt_next + 1)) // 强制转化为 16 位比较
{
      do error some thing
}

我们可通过汇编发现，多了一条 UXTH 指令，用于把 16 位结果扩展成 32 位(从这里我们也可以得出结论，结果比较总是 32 bit 比较)。

 

到此，分析结束，可以看到，为了解释这么一条简单的 C 语言语句，还是挺困难的事情。 





审核编辑：刘清