c - 整数溢出不一致

Question

如果之前有人提出过这个问题，请原谅。我寻找类似问题的答案，但我仍然对我的问题感到困惑。所以无论如何我都会回答这个问题。 我正在使用一个名为 libexif 的 C 库用于图像数据。我在我的 Linux 桌面和我的 MIPS 板上运行我的应用程序(使用这个库)。 对于一个特定的图像文件，当我尝试获取创建时间时，我得到了一个错误/无效值。在进一步调试时，我发现对于这个特定的图像文件，我没有按预期获得标签 (EXIF_TAG_DATE_TIME)。

这个库有几个实用函数。大多数功能的结构如下

int16_t 
exif_get_sshort (const unsigned char *buf, ExifByteOrder order)
{
    if (!buf) return 0;
        switch (order) {
        case EXIF_BYTE_ORDER_MOTOROLA:
                return ((buf[0] << 8) | buf[1]);
        case EXIF_BYTE_ORDER_INTEL:
                return ((buf[1] << 8) | buf[0]);
        }

    /* Won't be reached */
    return (0);
}

uint16_t
exif_get_short (const unsigned char *buf, ExifByteOrder order)
{
    return (exif_get_sshort (buf, order) & 0xffff);
}

当库试图调查原始数据中标签的存在时，它会调用 exif_get_short() 并将返回的值分配给枚举 (int) 类型的变量。

在错误情况下，本应返回无符号值 (34687) 的 exif_get_short() 返回负数 (-30871)，这会扰乱从图像数据中提取的整个标签。

34687 超出了最大可表示 int16_t 值的范围。因此导致溢出。当我对代码进行这个细微的修改时，一切似乎都运行良好

uint16_t
exif_get_short (const unsigned char *buf, ExifByteOrder order)
{
    int temp = (exif_get_sshort (buf, order) & 0xffff);
        return temp;
}

但是由于这是一个非常稳定的库并且已经使用了很长一段时间，所以我相信我可能在这里遗漏了一些东西。此外，这也是为其他实用程序函数构建代码的一般方式。例如:exif_get_long() 调用 exif_get_slong()。然后我将不得不更改所有实用程序功能。

让我感到困惑的是，当我在我的 linux 桌面上针对错误文件运行这段代码时，我没有发现任何问题，而且使用原始库代码也能正常工作。这让我相信 UINT16_MAX 和 INT16_MAX 宏在我的桌面和 MIPS 板上可能具有不同的值。但不幸的是，事实并非如此。两者都在电路板和桌面上打印相同的值。如果这段代码失败，它在我的桌面上也应该失败。

我在这里错过了什么？任何提示将不胜感激。

编辑: 调用 exif_get_short() 的代码是这样的:

ExifTag tag;
...
tag = exif_get_short (d + offset + 12 * i, data->priv->order);
switch (tag) {
...
...

类型ExifTag如下:

typedef enum {
    EXIF_TAG_GPS_VERSION_ID             = 0x0000,
EXIF_TAG_INTEROPERABILITY_INDEX     = 0x0001,
    ...
    ...
    }ExifTag ;

正在使用的交叉编译器是mipsisa32r2el-timesys-linux-gnu-gcc

CFLAGS        = -pipe -mips32r2 -mtune=74kc -mdspr2 -Werror -O3 -Wall -W -D_REENTRANT -fPIC $(DEFINES)

我在 Qt 中使用 libexif - Qt Media hub(实际上 libexif 与 Qt Media hub 一起提供)

EDIT2:一些额外的观察: 我在观察一些奇怪的事情。我在 exif_get_short() 中放置了打印语句。就在回来之前

printf("return_value %d\n %u\n",exif_get_sshort (buf, order) & 0xffff, exif_get_sshort (buf, order) & 0xffff);
return (exif_get_sshort (buf, order) & 0xffff);

我看到以下 o/p: 返回值 34665 34665

然后我还在调用 exif_get_short() 的代码中插入了打印语句

....
tag = exif_get_short (d + offset + 12 * i, data->priv->order);
printf("TAG %d %u\n",tag,tag);

我看到以下 o/p: 标签-30871 4294936425

EDIT3:发布在 MIPS 板上采用的 exif_get_short() 和 exif_get_sshort() 的汇编代码

        .file   1 "exif-utils.c"
    .section .mdebug.abi32
    .previous
    .gnu_attribute 4, 1
    .abicalls
    .text
    .align  2
    .globl  exif_get_sshort
    .ent    exif_get_sshort
    .type   exif_get_sshort, @function
exif_get_sshort:
    .set    nomips16
    .frame  $sp,0,$31       # vars= 0, regs= 0/0, args= 0, gp= 0
    .mask   0x00000000,0
    .fmask  0x00000000,0
    .set    noreorder
    .set    nomacro

    beq $4,$0,$L2
    nop

    beq $5,$0,$L3
    nop

    li  $2,1            # 0x1
    beq $5,$2,$L8
    nop

$L2:

    j   $31
    move    $2,$0

$L3:

    lbu $2,0($4)
    lbu $3,1($4)
    sll $2,$2,8
    or  $2,$2,$3
    j   $31
    seh $2,$2

$L8:

    lbu $2,1($4)
    lbu $3,0($4)
    sll $2,$2,8
    or  $2,$2,$3
    j   $31
    seh $2,$2

    .set    macro
    .set    reorder
    .end    exif_get_sshort
    .align  2
    .globl  exif_get_short
    .ent    exif_get_short
    .type   exif_get_short, @function

exif_get_short:

    .set    nomips16
    .frame  $sp,0,$31       # vars= 0, regs= 0/0, args= 0, gp= 0
    .mask   0x00000000,0
    .fmask  0x00000000,0
    .set    noreorder
    .cpload $25
    .set    nomacro

    lw  $25,%call16(exif_get_sshort)($28)
    jr  $25
    nop

    .set    macro
    .set    reorder
    .end    exif_get_short

只是为了完整起见，从我的 linux 机器上获取的 ASM 代码

    .file   "exif-utils.c"
    .text
    .p2align 4,,15
    .globl  exif_get_sshort
    .type   exif_get_sshort, @function

exif_get_sshort:

.LFB1:

        .cfi_startproc
    xorl    %eax, %eax
    testq   %rdi, %rdi
    je  .L2
    testl   %esi, %esi
    jne .L8
    movzbl  (%rdi), %edx
    movzbl  1(%rdi), %eax
    sall    $8, %edx
    orl %edx, %eax
    ret
    .p2align 4,,10
    .p2align 3

.L8:
    cmpl    $1, %esi
    jne .L2
    movzbl  1(%rdi), %edx
    movzbl  (%rdi), %eax
    sall    $8, %edx
    orl %edx, %eax

.L2:
    rep
    ret
    .cfi_endproc

.LFE1:
    .size   exif_get_sshort, .-exif_get_sshort
    .p2align 4,,15
    .globl  exif_get_short
    .type   exif_get_short, @function

exif_get_short:

.LFB2:
    .cfi_startproc
    jmp exif_get_sshort@PLT
    .cfi_endproc
.LFE2:
    .size   exif_get_short, .-exif_get_short

EDIT4:希望是我的最后更新:-) 编译器选项设置为 -O1 的 ASM 代码

exif_get_short:

.set    nomips16
.frame  $sp,32,$31      # vars= 0, regs= 1/0, args= 16, gp= 8
.mask   0x80000000,-4
.fmask  0x00000000,0
.set    noreorder
.cpload $25
.set    nomacro

addiu   $sp,$sp,-32
sw  $31,28($sp)
.cprestore  16
lw  $25,%call16(exif_get_sshort)($28)
jalr    $25
nop

lw  $28,16($sp)
andi    $2,$2,0xffff
lw  $31,28($sp)
j   $31
addiu   $sp,$sp,32

.set    macro
.set    reorder
.end    exif_get_short

Answer 1

MIPS 程序集显示的一件事(虽然我不是 MIPS 程序集方面的专家，所以我很有可能遗漏了某些东西或其他错误)是 exif_get_short() 函数是只是 exif_get_sshort() 函数的别名。 exif_get_short() 所做的只是跳转到 exif_get_sshort() 函数的地址。

exif_get_sshort() 函数符号将它返回的 16 位值扩展到用于返回的完整 32 位寄存器。这并没有什么问题 - 它实际上可能是 MIPS ABI 指定的内容(我不确定)。

但是，由于exif_get_short()函数只是跳转到exif_get_sshort()函数，它没有机会清除寄存器的高16位。

因此，当从缓冲区返回 16 位值 0x8769 时(无论是从 exif_get_sshort() 还是 exif_get_short())，$2 用于返回函数结果的寄存器包含0xffff8769，可以有以下解释:

• 作为 32 位 signed int:-30871

• 32 位 `unsigned int: 4294936425

• 作为 16 位签名的 int16_t:-30871

• 作为 16 位无符号 uint16_t:34665

如果编译器应该确保 $2 返回寄存器的前 16 位为 uint16_t 返回类型设置为零，那么它有一个错误它为 exif_get_short() 发出的代码 - 而不是跳转到 exif_get_sshort()，它应该调用 exif_get_sshort() 并清除上半部分$2 返回前。

从您所看到的行为描述来看，调用 exif_get_short() 的代码似乎期望用于返回值的 $2 寄存器将具有清除高 16 位，以便整个 32 位寄存器可以按原样用于 16 位 uint16_t 值。

我不确定 MIPS ABI 指定了什么(但我猜它指定 $2 寄存器的高 16 位应该由 exif_get_short())，但似乎存在 exif_get_short() 无法确保 $2 在返回之前完全正确的代码生成错误，或者调用者的错误exif_get_short() 假定 $2 的全部 32 位有效，而只有 16 位有效。