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android开发中奇怪crash问题

2018-12-04
cwlseu

引言

实际开发过程中,会遇到千奇百怪的问题。有的是因为库与系统不匹配,有时是因为标准库存在不兼容问题,当然也有内存申请释放访问的问题。 大部分奇怪的问题并不是必现,有的跟机器相关,偶的甚至跟人品有关系。总之,我们经常要与千奇百怪的问题打交道。今天就说说产品落地中遇到的一个关于字符串赋值导致crash的问题。

问题来源

android系统中,测试一个C++动态库时,出现segment fault或者Invalid Address free 等问题,最终定位crash的位置时在一个字符串赋值的位置。例如:

class O {
public:
	void allfunction() = 0;
};

class AO : public O {
public:
	void otherFunc() = 0;
private:
	void setName(const std::string& name){
		LOG("Before setName");
		this->_name = name;
		LOG("Finished setName");
	}
	string _name;
};

class BAO: public AO {
public:
	void otherFunc() override;
private:
	type _value;
};

class CBAO: public BAO {
public:
	void otherFunc() override;
	void otherFunc2();
private:
	type2 other_value;
}

AO* cbao = new CBAO;
cbao->setName("a name");

其中输出的信息中含有”Before setName”的信息,但是没有”Finished setName”。 然后如果将this->_name = name这行代码注释,那么这个问题就可以不出现。此外,采用如下的时候

AO* bao = new BAO;
bao->setName("a name");

竟然没有问题。好苦恼呀~~

探索1:

是不是因为std::string采用引用的方式,导致内存释放的时候出现多次释放。

这是不应该的,因为我们采用的是标准库,而且string会自己管理内存的,不应该导致这种问题的。而且我们通过对setName_name赋值常量字符串,该问题仍然存在。

探索2:

如果不采用set函数方式进行赋值,而是将_name变为public类型,从而直接对对象成员进行赋值。

这样操作并没有什么实质性的变化,仍然存在存在这种现象,也就是说与对象的存储方式是与成员的可见性是没有关系的。

探索3:

采用char _name[256]代替std::string _name ,我们自己负责内存的管理,而不是由C++管理内存分配。

虽然这个问题绕过去了,但是后面仍然出现了类似的问题,因为我们的对象中还有其他string类型的成员变量。如果全部改用C类型的数组进行替换,代价太大。

探索4:

采用静态库进行测试,问题没有问题

为什么动态库就有问题,静态库没有问题呢? 因为静态库中是直接将所有需要的文件都包含到静态库中。而动态库中拥有的是所有需要库的链接我们的动态库中是将所有需要的符号,库等等都编译进行去了的。而我们的软件库依赖其他软件库。

最终结论

问题原因

不同编译环境,以及编译配置导致依赖的静态库和target 动态库依赖了不同的c++标准库,由于两个标准库中的string实现是不同的,导致string对象在释放的时候出现crash。

fix方案

android项目中添加 -DANDROID_STL=gnustl_shared或者编译链接中添加TARGET_LINK_LIBRARIES(test_sdk_common gnustl_shared)用来显示声明链接的库为gnustl_shared库,从而使得多个动态库链接同一个标准库即可。

附录: Android 对C++库的支持

名称 说明 功能
libstdc++(默认) 默认最小系统 C++ 运行时库。 不适用
gabi++_static GAbi++ 运行时(静态)。 C++ 异常和 RTTI
gabi++_shared GAbi++ 运行时(共享)。 C++ 异常和 RTTI
stlport_static STLport 运行时(静态)。 C++ 异常和 RTTI;标准库
stlport_shared STLport 运行时(共享)。 C++ 异常和 RTTI;标准库
gnustl_static GNU STL(静态)。 C++ 异常和 RTTI;标准库
gnustl_shared GNU STL(共享)。 C++ 异常和 RTTI;标准库
c++_static LLVM libc++ 运行时(静态)。 C++ 异常和 RTTI;标准库
c++_shared LLVM libc++ 运行时(共享)。 C++ 异常和 RTTI;标准库

https://developer.android.google.cn/ndk/guides/cpp-support

兼容性

NDK 的 libc++ 不稳定。并非所有测试都能通过,而且测试套件并不全面。一些已知的问题包括: 如果在 ARM 上使用c++_shared,引发异常时可能会崩溃。 对wchar_t和语言区域 API 的支持受到限制。

C++ 异常

在高于 NDKr5 的所有 NDK 版本中,NDK 工具链可让您使用支持异常处理的 C++ 运行时。 但为确保与早期版本兼容,默认情况下它会编译所有支持 -fno-exceptions 的 C++ 来源。 您可以为整个应用或个别模块启用 C++ 异常。

要为整个应用启用异常处理支持,请将以下行添加到 Application.mk 文件中。要为个别模块启用异常处理支持,请将以下行添加到其各自的 Android.mk 文件中。

APP_CPPFLAGS += -fexceptions

RTTI

在高于 NDKr5 的所有 NDK 版本中,NDK 工具链可让您使用支持 RTTI 的 C++ 运行时。 但为确保与早期版本兼容,默认情况下它会编译所有支持 -fno-rtti 的 C++ 来源。

要为整个应用启用 RTTI 支持,请将以下行添加到 Application.mk文件中: APP_CPPFLAGS += -frtti 要为个别模块启用 RTTI 支持,请将以下行添加到其各自的 Android.mk 文件中: LOCAL_CPP_FEATURES += rtti 或者,您也可以使用: LOCAL_CPPFLAGS += -frtti

静态运行时

将 C++ 运行时的静态库变体添加到多个二进制文件可能导致意外行为。 例如,您可能会遇到:

内存在一个库中分配,在另一个库中释放,从而导致内存泄漏或堆损坏。 libfoo.so 中引发的异常在 libbar.so 中未被捕获,从而导致您的应用崩溃。 std::cout 的缓冲未正常运行 此外,如果您将两个共享库 – 或者一个共享库和一个可执行文件 – 链接到同一个静态运行时,每个共享库的最终二进制映像包含运行时代码的副本。 运行时代码有多个实例是表明有问题,因为运行时内部使用或提供的某些全局变量会重复。

此问题不适用于只包含一个共享库的项目。例如,您可以链接 stlport_static,并预期您的应用正确运行。 如果您的项目需要多个共享库模块,建议使用 C++ 运行时的共享库变体。

共享运行时

如果您的应用针对早于 Android 4.3(Android API 级别 18)的 Android 版本,并且您使用指定 C++ 运行时的共享库变体,则必须先加载共享库,再加载依赖它的任何其他库。

例如,应用可能具有以下模块:

  • libfoo.so
  • libfoo.so 使用的 libbar.so
  • libfoo 和 libbar 使用的 libstlport_shared.so 必须以相反的依赖顺序加载库:

    static { System.loadLibrary(“stlport_shared”); System.loadLibrary(“bar”); System.loadLibrary(“foo”); }

注:调用System.loadLibrary()时不要使用 lib 前缀。

Android C++系统库

从上到下依次分为六层:

  • 应用框架层
  • 进程通信层
  • 系统服务层
  • Android运行时层
  • 硬件抽象层
  • Linux内核层

Android包含一个C/C++库的集合,供Android系统的各个组件使用。这些功能通过Android的应用程序框架(application framework)暴露给开发者。系统库包括九个子系统,分别是图层管理、媒体库、SQLite、OpenGLEState、FreeType、WebKit、SGL、SSL和libc。Android运行时包括核心库和Dalvik虚拟机,前者既兼容了大多数Java语言所需要调用的功能函数,又包括了Android的核心库,比如android.os、android.net、android.media等等。后者是一种基于寄存器的java虚拟机,Dalvik虚拟机主要是完成对生命周期的管理、堆栈的管理、线程的管理、安全和异常的管理以及垃圾回收等重要功能。下面列出一些核心库:

  • 系统C库——标准C系统库(libc)的BSD衍生,调整为基于嵌入式Linux设备
  • 媒体库——基于PacketVideo的OpenCORE。这些库支持播放和录制许多流行的音频和视频格式,以及静态图像文件,包括MPEG4、 H.264、 MP3、 AAC、 AMR、JPG、 PNG
  • LibWebCore——新式的Web浏览器引擎,驱动Android 浏览器和内嵌的web视图
  • FreeType ——位图和矢量字体渲染
  • OpenGL——开放图形库(英语:Open Graphics Library,缩写为 OpenGL)是个定义了一个跨编程语言、跨平台的应用程序接口(API)的规范,它用于生成二维、三维图像。
  • SQLite ——所有应用程序都可以使用的强大而轻量级的关系数据库引擎,SQLite是遵守ACID的关系数据库管理系统,它包含在一个相对小的C程序库中;

官方Android架构图

参考链接

[1]. Android gnustl_static VS gnustl_share

[2].C++支持

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