交换二叉树节点时，为什么GDB监视点在不相关的行上停止？

Question

我试图交换二叉树中的两个节点A和B ，以便它们实际存储在内存中的位置发生更改，但树形拓扑未更改。 我为与父节点交换节点添加了特殊处理，但似乎仍然无法正常工作。 我将Valgrind与vgdb一起使用，以便可以捕获内存错误并获得一致的地址。 如果我有一棵像

78
  \
   40
  /  \
5c   c5

然后我尝试交换A=40和B=5c ，链接变得混乱。 具体来说，是40->right 。 在其上设置观察点（ watch -l ），我发现memcpy将40->right设置为5c->right （ NULL ），但后来又通过if(a_l.left == b){将其更改为A if(a_l.left == b){这显然是不可能的。 在组装中使用movq而不是movb之前，我曾有一个观察点报告这样的错误行，但是我很确定这次我的大小是正确的，因为我一开始没有这样做，而且没有它可以通过任何交换来实现，但我已将其修复，现在它可以通过一打来解决。 我会在每次操作后检查树，因此错误在这里。 这是我可以管理的最简单的演示：

#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>

typedef struct avl_node avl_node;
struct avl_node{
    avl_node *left, *right, *parent;
    signed char balance;
    char data[];
};

avl_node *avl_root(avl_node *n){
    while(n && n->parent){
        n = n->parent;
    }
    return n;
}

inline static int avl_check_links(avl_node *n){
    if(!n)return 1;
    if(n->left){
        if(n->left->parent != n){
            return 0;
        }
        if(!avl_check_links(n->left)){
            return 0;
        }
    }
    if(n->right){
        if(n->right->parent != n){
            return 0;
        }
        if(!avl_check_links(n->right)){
            return 0;
        }
    }
    return 1;
}

void avl_swap_nodes(avl_node *a, avl_node *b, size_t size){
    avl_node a_l = *a, b_l = *b;
    char tmp[sizeof(avl_node) + size];
    memcpy(tmp, a, sizeof(avl_node) + size);
    memcpy(a, b, sizeof(avl_node) + size);
    memcpy(b, tmp, sizeof(avl_node) + size);
    if(a_l.left){
        a_l.left->parent = b;
    }
    if(a_l.right){
        a_l.right->parent = b;
    }
    if(b_l.left){
        b_l.left->parent = a;
    }
    if(b_l.right){
        b_l.right->parent = a;
    }
    if(a_l.parent){
        if(a_l.parent->left == a){
            a_l.parent->left = b;
        }else{
            a_l.parent->right = b;
        }
    }
    if(b_l.parent){
        if(b_l.parent->left == b){
            b_l.parent->left = a;
        }else{
            b_l.parent->right = a;
        }
    }
    if(a_l.parent == b){
        if(b_l.left == a){
            b->left = a_l.left;
            a->left = b;
        }else{
            b->right = a_l.right;
            a->right = b;
        }
        a->parent = b_l.parent;
        b->parent = a;
    }else if(b_l.parent == a){//GDB stops here on a watch -l a->right
        if(a_l.left == b){
            a->left = b_l.left;
            b->left = a;
        }else{
            a->right = b_l.right;
            b->right = a;
        }
        b->parent = a_l.parent;
        a->parent = b;
    }
    assert(avl_check_links(avl_root(a)));
    assert(avl_check_links(avl_root(b)));
}

int main(void){
    avl_node a, b, c, d;
    a = (avl_node){.right=&b};
    b = (avl_node){.left=&c, .right=&d, .parent=&a};
    c = (avl_node){.parent=&b};
    d = (avl_node){.parent=&b};
    assert(avl_check_links(avl_root(&a)));
    avl_swap_nodes(&b, &c, 0);
}

为什么GDB停在错误的行上？ 我认为这可能与我使用vgdb有关：当我单步执行时，它还会跳过一些行。 还有为什么第二次更改a->right ？ 谢谢。

您可以通过执行gcc -g -o main main.c ， valgrind --vgdb=yes --vgdb-error=0 ./main& gdb main来使此文件与gcc，gdb和valgrind的合理最新版本一起运行。 tar rem | vgdb tar rem | vgdb ， b avl_swap_nodes ， c ， watch -l a->right ，然后通过反复执行c ，然后依次Ctrl-d或kill ，然后Ctrl-d整洁地摆脱vgdb进程。

Answer 1

我发现了这一点，但这很不好玩，所以我要回答自己的问题。 节点交换代码错误。 这是一个有效的版本

#include <stddef.h>
void avl_swap_nodes(avl_node *a, avl_node *b, size_t size){
    avl_node a_l = *a, b_l = *b;
    char tmp[offsetof(avl_node, data) + size];
    memcpy(tmp, a, offsetof(avl_node, data) + size);
    memcpy(a, b, offsetof(avl_node, data) + size);
    memcpy(b, tmp, offsetof(avl_node, data) + size);
    if(a_l.parent == b){
        if(b_l.left == a){
            a->left = b;
        }else{
            a->right = b;
        }
        b->parent = a;
        if(a->parent){
            if(a->parent->left == b){
                a->parent->left = a;
            }else{
                a->parent->right = a;
            }
        }
    }else if(b_l.parent == a){
        if(a_l.left == b){
            b->left = a;
        }else{
            b->right = a;
        }
        a->parent = b;
        if(b->parent){
            if(b->parent->left == a){
                b->parent->left = b;
            }else{
                b->parent->right = b;
            }
        }
    }else{
        if(a->parent){
            if(b->parent == a->parent){
                if(a->parent->left == b){
                    a->parent->left = a;
                    b->parent->right = b;
                }else{
                    a->parent->right = a;
                    b->parent->left = b;
                }
            }else{
                if(a->parent->left == b){
                    a->parent->left = a;
                }else{
                    a->parent->right = a;
                }
            }
        }
        if(b->parent && b->parent != a->parent){
            if(b->parent->left == a){
                b->parent->left = b;
            }else{
                b->parent->right = b;
            }
        }
    }
    if(a->left){
        a->left->parent = a;
    }
    if(a->right){
        a->right->parent = a;
    }
    if(b->left){
        b->left->parent = b;
    }
    if(b->right){
        b->right->parent = b;
    }
    ASSERT_ALL(avl_root(a));
    ASSERT_ALL(avl_root(b));
}

GDB之所以在错误的行上报告监视点，是因为先前的内存写入溢出。 例如，在汇编中使用movq而不是movb时，或者执行char a; ((int*)&a) = (int)0;时，可能会发生这种情况char a; ((int*)&a) = (int)0; char a; ((int*)&a) = (int)0; 在C，或当您memcpy超过你的意思。 这最后一个是导致我的代码出现问题的原因。 考虑结构struct A{int a; char b[];); struct A{int a; char b[];); 。 由于结构的填充， sizeof(struct A)可能为8，而offsetof(struct A, b)可能为4。因此，如果我们通过添加数据来计算struct A的大小以及最后在灵活数组中的数据， size到sizeof(struct A) ，我们将计算一个比其应该大4个字节的值。 解决方案是使用offsetof(struct A, b); 代替。

GDB跳过行的原因是因为我使用的是valgrind --vgdb=yes而不是valgrind --vgdb=full 。