静态分析工具Clang Static Analyzer （3） Cppcheck

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前文介绍CodeChecker时，使用到了Cppcheck，我们来看看这个工具是什么，如何使用。

1、Cppcheck介绍

Cppcheck 是 C/C++ 代码的静态分析工具。它提供独特的代码分析技术来检测缺陷，不检查代码中的语法错误，只检查编译器检查不出来的缺陷，并专注于检测未定义行为错误和危险的编码结构。其目标是减少误报、零误报，检查代码中真正的错误。Cppcheck旨在能够分析C / C++代码，即使它具有非标准语法（在嵌入式项目中很常见）。

Cppcheck既有开源版本，也有具有扩展的功能和支持的Cppcheck Premium版本，。可以访问 www.cppchecksolutions.com 以获取商业版本的更多信息和购买选项。

（1）Cppcheck功能特性

• 独特的代码分析，可检测代码中的各种错误。
• 命令行界面和图形用户界面都可用。
• Cppcheck非常注重检测未定义的行为。

（2）Cppcheck特有的分析技术

使用多个静态分析工具可能是一个好主意，每个工具都有独特的功能特性。这在研究中已经证实。那么Cppcheck的独特之处在哪里？

Cppcheck使用不健全的流程敏感分析，其他几种分析器使用基于抽象解释的路径敏感分析，这也很好，但既有优点也有缺点。从理论上讲，根据定义，路径敏感分析比流量敏感分析更好。但实际上，这意味着Cppcheck将检测其他工具无法检测到的错误。在Cppcheck中，数据流分析不仅是“前向”的，而且是“双向的”。大多数分析器会诊断这一点，可以确定数组索引为 1000 时会出现溢出。

void foo(int x)
{
    int buf[10];
    if (x == 1000)
        buf[x] = 0; // <- ERROR
}

Cppcheck还将诊断此问题，当x等于1000时，赋值时也会出现数组越界。

void foo(int x)
{
    int buf[10];
    buf[x] = 0; // <- ERROR
    if (x == 1000) {}
}

（3）未定义行为Undefined behaviour

• Dead pointers 死指针
• Division by zero 除以零
• Integer overflows整数溢出
• Invalid bit shift operands无效的位移操作数
• Invalid conversions无效转化
• Invalid usage of STLSTL 的用法无效
• Memory management内存管理
• Null pointer dereferences空指针解引用
• Out of bounds checking越界检查
• Uninitialized variables未初始化的变量
• Writing const data写入常量数据

2、Cppcheck安装

Cppcheck也可以从各种包管理器安装;但是，您可能会得到一个过时的版本。为了获取更新版本，可以访问https://github.com/danmar/cppcheck进行源码安装。

• Debian：

sudo apt-get install cppcheck

• Fedora：

sudo yum install cppcheck

• macOS：

brew install cppcheck

3、使用入门

第一个测试程序，这里有一段简单的代码，我们命名为file1.c。

int main()
{
  char a[10];
  a[10] = 0;
  return 0;
}

执行cppcheck file1.c，输出如下：

zhushangyuan@DESKTOP-RPE9R4O:~/CSA$ cppcheck file1.c
Checking file1.c ...
[file1.c:4]: (error) Array 'a[10]' accessed at index 10, which is out of bounds.

我们再试试上面说的例子，保存到file2.c。

void foo(int x)
{
  int buf[10];
  buf[x] = 0; // <- ERROR 1
  if (x == 1000) {
    buf[x] = 0; // <- ERROR 2
  }
}

执行cppcheck --enable=all file2.c，输出如下。可以看得出有2个warning和3个style问题。

zhushangyuan@DESKTOP-RPE9R4O:~/CSA$ cppcheck --enable=all file2.c
Checking file2.c ...
file2.c:4:6: warning: Either the condition 'x==1000' is redundant or the array 'buf[10]' is accessed at index 1000, which is out of bounds. [arrayIndexOutOfBoundsCond]
  buf[x] = 0; // <- ERROR 1
     ^
file2.c:5:9: note: Assuming that condition 'x==1000' is not redundant
  if (x == 1000) {
        ^
file2.c:4:6: note: Array index out of bounds
  buf[x] = 0; // <- ERROR 1
     ^
file2.c:6:8: warning: Either the condition 'x==1000' is redundant or the array 'buf[10]' is accessed at index 1000, which is out of bounds. [arrayIndexOutOfBoundsCond]
    buf[x] = 0; // <- ERROR 2
       ^
file2.c:5:9: note: Assuming that condition 'x==1000' is not redundant
  if (x == 1000) {
        ^
file2.c:6:8: note: Array index out of bounds
    buf[x] = 0; // <- ERROR 2
       ^
file2.c:4:10: style: Variable 'buf[x]' is assigned a value that is never used. [unreadVariable]
  buf[x] = 0; // <- ERROR 1
         ^
file2.c:6:12: style: Variable 'buf[x]' is assigned a value that is never used. [unreadVariable]
    buf[x] = 0; // <- ERROR 2
           ^
file2.c:1:0: style: The function 'foo' is never used. [unusedFunction]

^

（1）检查文件夹

Cppcheck支持检查文件夹中的所有文件。通常一个项目会有许多源文件，如果需要同时检查，Cppcheck 可以检查文件夹中的所有文件.如果 path 是一个文件夹，cppcheck 将递归检查这个文件夹中的所有源文件。

cppcheck path

示例输出如下:

zhushangyuan@DESKTOP-RPE9R4O:~/CSA$ cppcheck .
Checking file1.c ...
file1.c:4:4: error: Array 'a[10]' accessed at index 10, which is out of bounds. [arrayIndexOutOfBounds]
  a[10] = 0;
   ^
1/4 files checked 12% done
Checking file2.c ...
2/4 files checked 38% done
Checking hello.c ...
hello.c:2:13: error: Division by zero. [zerodiv]
  int x = 7 / 0; // bug here
            ^
3/4 files checked 50% done
Checking simple.c ...
simple.c:16:11: error: Division by zero. [zerodiv]
  return 5/(x-x); // warn
          ^
simple.c:12:5: error: Uninitialized variable: s [uninitvar]
  f(s); // warn
    ^
simple.c:12:5: error: Uninitialized struct member: s.x [uninitStructMember]
  f(s); // warn
    ^
4/4 files checked 100% done

（2）手动检查文件或使用项目文件

使用 Cppcheck 可以手动检查文件，通过指定文件/文件夹来检查和设置，或者可以使用一个工程文件（cmake/visual studio）。

使用项目文件更快，因为它只需要非常少的配置。

手动检查文件可以更好的控制分析。

不一定哪种方法会有最好的结果，建议尝试一下，可能会得到不同的结果，发现大多数 bug 需要使用这两种方法。

4、严重级别Severities

输出信息中的严重级别支持如下几种：

• error 错误
  when code is executed there is either undefined behavior or other error, such as
  a memory leak or resource leak。发现未定义行为或其他错误，例如内存泄露、资源泄露
• warning告警
  when code is executed there might be undefined behavior可能有未定义行为
• style样式风格
  stylistic issues, such as unused functions, redundant code, constness, operator
  precedence, possible mistakes.样式问题，例如未使用行数，冗余代码，常量性，操作符优先级，可能的错误等
• performance性能
  run time performance suggestions based on common knowledge, though it is
  not certain any measurable speed difference will be achieved by fixing these
  messages.这些建议只是基于常识，即使修复这些消息，也不确定会得到任何可测量的性能提升。
• portability可移植性
  portability warnings. Implementation defined behavior. 64-bit portability. Some
  undefined behavior that probably works “as you want”, etc.可移植性警告。64 位的可移植性，代码可能在不同的编译器中运行结果不同。
• information信息
  configuration problems, which does not relate to the syntactical correctness, but
  the used Cppcheck configuration could be improved.配置问题，建议在配置期间仅启用这些

（1）启用消息

默认情况下，只显示错误消息，可以通过 --enable 命令启用更多检查。

• 启用警告消息：

cppcheck --enable=warning file.c

• 启用性能消息：

cppcheck --enable=performance file.c

• 启用信息消息：

cppcheck --enable=information file.c

由于历史原因 --enable=style 可以启用警告、性能、可移植性和样式信息。当使用旧 XML 格式时，这些都由 style 表示：

cppcheck --enable=style file.c

• 启用警告和性能消息：

cppcheck --enable=warning,performance file.c

• 启用 unusedFunction 检查。这不能通过 --enable=style 启用，因为不会在库中正常工作。

cppcheck --enable=unusedFunction file.c

• 启用所有消息：

cppcheck --enable=all

5、常见错误修改

• 隐式构造问题。

示例： (style) Class ‘Slice’ has a constructor with 1 argument that is not explicit。

解决方法：在Slice构造函数前加上explicit，使其必须显示构造，当然这种有时并非必须显示构造。

• 变量未初始化问题。

示例：(warning) Member variable ‘TableFileCreationInfo::file_size’ is not initialized in the constructor.

解决方法：在构造函数中加入变量初始值。

• 变量/函数未使用问题。

示例：(style) Unused variable: output。

示例：(style) The function ‘rocksmt_wal_iter_status’ is never used。

解决方法：考虑后期是否还需要，不需要的及时删除，需要的保留。

• raw loop问题。

示例：(style) Consider using std::fill algorithm instead of a raw loop. [useStlAlgorithm]。

示例：(style) Consider using std::transform algorithm instead of a raw loop. [useStlAlgorithm]。

解决办法：将循环便利替换为STL标准库算法函数。

• 引用传递问题。

示例：(performance) Function parameter ‘f’ should be passed by reference.

解决办法：在声明function时，能用引用传递的尽量使用引用传递，尽量避免值传递。

• const参数问题。

示例：(performance) Function parameter ‘s’ should be passed by const reference. [passedByValue]。

解决办法：形参s前加上const，在函数中未被修改的变量，尽量声明为const。

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