什么会导致 GOTO 指令上的分段错误?

Question

我正在研究一个名为LOWTRAN的非常古老的fortran 77代码。 它基本上是一种用于模拟大气光传播的模拟工具。
(如果你想看到完整的lowtran代码，你可以在这里查看，尽管我认为它对回答这个问题没有帮助(。

不幸的是，由于该代码最初是为打孔卡制作的，因此它适用于现代输入/输出方法，这造成了一些令人讨厌的故障。
这些故障是容易发现/难以修复的。
为了修复其中一个，我别无选择，只能设置一个 IF 语句，其中包含一个在 IF 语句之外的 GOTO，在代码中还有其他内容。

但是，有时，GOTO 本身会导致分段错误。它不是随机发生的，而是取决于一些似乎与该 IF 语句无关的变量。

我正在两台不同的机器上编译这个项目，一台没有段错误。两者都使用gfortran 在Windows机器(没有段错误的机器(上，我使用gfortran 7.2.0，在Linux机器(有段错误的机器(上，我使用gfortran 4.8.5

(我无法在Linux机器上更新gfortran版本，因为我没有所需的权限(

请注意，当我编译修复程序时，两个编译器显然都会发出警告：

Warning: Legacy Extension: Label at (1) is not in the same block as the GOTO statement at (2)

这是修复程序

100
...
...
<Lots of code>
...
...
if(ierror.eq.-1) then
itype = 1
ierror = 0
go to 100               
end if

Answer 1

多亏了Raedwald，我才能找到实际发生的事情。

编译器优化了"隐藏"分段错误的真正原因。

实际发生的事情是，有一个巨大的循环使用标签 100 作为其终点的参考。有时，标签 100 上的 GOTO 会导致循环再次迭代，从而导致数组中的 acces 冲突。

我通过定义一个新标签解决了这个问题。

我从来没有想过禁用编译器优化，这真的很有帮助。

Answer 2

计算机运行的代码不是您的源代码，而是机器代码。编译器从源代码生成该机器代码。生成可以或多或少是直接的，因此源代码的一个语句对应于几个连续的机器代码指令。但它不一定是直接的。特别是，如果编译器提供优化，则源代码行与机器代码指令之间的对应关系可能会中断。在这种情况下，调试器报告为 SEGV 位置的行可能是错误的。

GOTO 语句的简单实现是一个无条件的跳转机器代码指令，跳转到有效的代码地址。这种简单的实现永远不会产生SEGV。你可能会很想责怪你的编译器有问题，但那将是一个错误。编译器优化可能会混淆事情。您可能在该 GOTO 语句附近的数组访问中出错，或者在其目标之后的代码(标记为 100 的语句(中出错。

尝试在关闭优化的情况下重新编译程序(通常使用命令行选项，如-O0(，然后重新运行程序。然后，您应该会看到在存在无效阵列访问的行中报告的 SEGV。

Answer 3

如果出现与内存相关的错误，这总是一场斗争 - 没有捷径。我可以想象，它类似于你在这里拥有的东西 - 在样本中。在大多数情况下，这是与代码的某些部分jumping相关的错误，这非常重要。

program main
implicit none
c
call hello
end
subroutine hello
implicit none
integer a, i
integer, dimension(:), allocatable :: x
allocate(x(100))
goto 101
100   do i = 1, 100
x(i) = i
end do
return
101   read(*,*) a
c
write(*,*) a
if (a.eq.-1) then
deallocate(x)
go to 100
end if
go to 100
c
end

至于调试器，我建议使用gdb(在 Linux 上应该在那里(。以这种方式查找问题会更容易。

当涉及到SIGSEGV，有时，这种问题是由一个讨厌的字节"触发"的。因此，很难钉。另外，请记住，这种错误通常是"Heisenbug"类型的：https://en.wikipedia.org/wiki/Heisenbug

更新

上面的代码完美地说明了@Raedwald关于优化的建议。

> gfortran -O0 -o main main.f
> ./main
-1
-1
Program received signal SIGSEGV: Segmentation fault - invalid memory reference.
Backtrace for this error:
#0  0x2B7311C376F7
#1  0x2B7311C37D3E
#2  0x2B73126C926F
#3  0x400C1A in hello_
#4  0x400C95 in MAIN__ at main.f:?
Segmentation fault
> gfortran -O3 -o main main.f
> ./main
-1
-1
>