cppcheckをビルドして使ってみる

背景

C言語やC++でコードを書いていると否が応でもメモリリークの危険性と戦う必要があります。

リークをなくすためには、

動的メモリ確保を行わない
メモリリークがないかしっかり試験する

の２つのアプローチがあります。

私が普段仕事をしている組み込みソフトの開発では１の「動的メモリ確保を行わない」というアプローチは一般的です。

そもそも組み込み開発の場合、OSがない＝メモリ管理の機構(malloc,free)が存在しないというのは一般的です。
リアルタイムOSのitronを使う場合、固定長メモリプールや可変長メモリプールのAPIは利用できますが、メモリリークを嫌って使わないことも多いです。

最近では組み込みソフトの開発にLinuxを使われることが多く、さすがにその場合は「動的メモリ確保を行わない」というアプローチを取らなかったりします。
メモリリークというリスクを考慮すると、使わないで済むのであれば使わないに越したことはないと思いますが、Linuxを使うくらいですから扱うデータの規模もそれなりに大きかったりするので、スタックで確保するには大きすぎたり、静的変数で確保には使用効率が悪かったりします。

動的メモリ確保(malloc～free, new, delete)を使うとなると２の「メモリリークがないかしっかり試験する」が重要になってくるのですが、人手で試験をするのは手間も時間をかかりますので現実的とは言えません。

できる限り自動化したいところです。

メモリリークの検出にはいろいろなツールがあり、私も過去にvalgrindというツールを試してみたことがあります。

mcommit.hatenadiary.com

valgrindは非常に便利なツールなのですが、ビルド済みのバイナリ(デバッグビルド)を使ってメモリリークのチェックが行われるため、実は組み込み開発の実機では気軽に使えない(valgrind自体のクロスコンパイルが必要)という事情があります。
※組み込みLinuxの場合は開発中はセルフコンパイルで動作を確認したりするので、valgrindを使うメリットは十分享受できるのですが。

cppcheckを試してみる

いろいろ調べているとcppcheckという静的解析ツールでメモリリークも検知できるということを知り、今回ビルド・インストールして試してみました。

ビルド

こちらのサイトからソース一式をダウンロードします。

cppcheck.sourceforge.net



$ wget https://github.com/danmar/cppcheck/archive/1.80.zip

$ unzip  unzip 1.80.zip

$ cd cppcheck-1.80

ビルド方法については readme.txt に簡単に説明があります。
※cppcheckはいろいろな環境に対応しており、Windows環境であればVisualStudioでビルドできるほか、cmakeを使ったビルドもできるそうです。

私の場合、手元のLinux(Mint)で試しました。恐らくUbuntuでも同じようにビルドできると思います。



$ uname -a                                                                                                                                                                  

Linux mint 4.4.0-21-generic #37-Ubuntu SMP Mon Apr 18 18:33:37 UTC 2016 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

ビルド時の注意点

ビルド時の注意点が１点あります。
cppcheckは静的解析ツールなので、チェックするルールを.cfgというファイルで指定できるのですが、このファイルの配置場所をビルド時に指定しておく必要があります。
指定方法は

ちなみに指定しないでmake;make install してcppcheckを動かすと、



cppcheck: Failed to load library configuration file 'std.cfg'. File not found

(information) Failed to load std.cfg. Your Cppcheck installation is broken, please re-install. The Cppcheck binary was compiled without CFGDIR set. Either the std.cfg should be available in cfg or the CFGDIR should be configured.

というメッセージが表示されてソースコードのチェックが正しくできません。

正しく解析するためには、makeする際に、 CFGDIR=cfgファイルのパスとしてcfgの配置ディレクトリを指定する必要があります。

なので、makeの実行は以下のようなコマンドを実行しました。



$ make CFGDIR=/usr/local/cppcheck/cfg HAVE_RULES=yes

※readme.txt を読んでもHAVE_RULESの説明は詳しく書かれていませんでしたがとりあえずつけてみました。
ちなみにHAVE_RULES=yesを指定する場合は、依存するライブラリとしてpcreが必要になるため、インストールが必要です。



$ sudo apt install libpcre3-dev

cfgファイルは解凍したフォルダ内のcfgディレクトリ以下にいろいろなcfgファイルが入っています。
デフォルトでは、std.cfgが解析に使用されるようです。

インストール時に指定した/usr/local/cppcheck/cfg というディレクトリを作成し、これらのファイルをコピーします。

ビルドから、上記手順までのコマンドは、



$ make CFGDIR=/usr/local/cppcheck/cfg HAVE_RULES=yes

$ sudo make install;

$ sudo mkdir -p /usr/local/cppcheck/cfg

$ sudo cp ./cfg/* /usr/local/cppcheck/cfg

のような感じになります。

これでcppcheckを使う準備が整いました。
この時点で、cppcheck自体は /usr/bin にインストールされています。

cppcheckを動かしてみる

早速メモリリークの検出を試してみます。

今回、以下のようなコードでどんな感じにメモリリークが検出されるか試してみました。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// =============================================================================
// define 定義
// =============================================================================
#define TEST_BUF_SIZE_MAX	(16)

// =============================================================================
// プロトタイプ宣言
// =============================================================================
void test_stack_overflow(void);													// スタックオーバーフロー(直値・ループ)
void test_stack_overflow_with_idx(int idx);										// スタックオーバーフロー(変数アクセス)
void test_heap_access(void);													// メモリリーク(free漏れ)
void test_mem_double_free(void);												// メモリ２重解放
void test_buf_over_run(unsigned char *buf, int len);							// バッファオーバーラン


// =============================================================================
// static 変数
// =============================================================================
unsigned char s_test_buf[TEST_BUF_SIZE_MAX] = { 0 };

int main(int argc, char **argv) {

	// =====================================================
	// スタックオーバーフロー
	// =====================================================
	test_stack_overflow();
	test_stack_overflow_with_idx(0);
	test_stack_overflow_with_idx(16);

	// =====================================================
	// バッファオーバーラン
	// =====================================================
	test_buf_over_run(s_test_buf, 4);
	test_buf_over_run(s_test_buf, 256);

	// =====================================================
	// メモリリーク
	// =====================================================
	test_heap_access();

	// =====================================================
	// ２重解放
	// =====================================================
	test_mem_double_free();

	return 0;
}

// 直接・ローカル変数によるループ中での配列アクセス
void test_stack_overflow(void)
{
	unsigned char buf[TEST_BUF_SIZE_MAX];
	int i;

	// インデックスアクセス:直値
	buf[0] = 0x00;
	buf[15] = 0x00;
	buf[16] = 0x00;
	buf[-1] = 0x00;

	// ループ変数アクセス
	for (i = 0; i < 17; i++) {
		buf[i] = 0x00;
	}

	return;
}

// 変数による配列へのアクセス
// 検出するとしたら呼び出し元で検出されるはず
void test_stack_overflow_with_idx(int idx) {
	unsigned char buf[TEST_BUF_SIZE_MAX];

	buf[idx] = 0x00;
	return;
}

// free漏れテスト
void test_heap_access(void) {
	char *p;

	// 確保して解放しない
	p = malloc(1024);

	return;
}

// freeによる２重解放テスト
void test_mem_double_free(void) {
	char *p;

	p = malloc(1024);

	// ２重解放
	free(p);
	free(p);

	return;
}

// バッファオーバーラン
void test_buf_over_run(unsigned char *buf, int len)
{
	int i;

	// 引数で指定されたサイズ分だけループする
	// →呼び出し側でlenを間違えた場合ここではなく呼び出し側でエラーがでる？
	for (i = 0; i < len; i++) {
		buf[i] = i;
	}

	// 引数で指定されたサイズ分だけループする
	// →呼び出し側でlenを間違えた場合ここではなく呼び出し側でエラーがでる？
	for (i = 0; i < len; i++) {
		buf[i] = i;
	}
	return;
}

cppcheckのシンプルな使い方として、引数にフォルダパスをしてするとそのパス内のファイルの解析をしてくれるようです。
今回は上記のコードを main.c として保存して試してみました。



$cppcheck .

出力は以下のような感じになります。



Checking main.c ...

[main.c:61]: (error) Array 'buf[16]' accessed at index 16, which is out of bounds.

[main.c:66]: (error) Array 'buf[16]' accessed at index 16, which is out of bounds.

[main.c:77]: (error) Array 'buf[16]' accessed at index 16, which is out of bounds.

[main.c:62]: (error) Array index -1 is out of bounds.

[main.c:88]: (error) Memory leak: p

[main.c:99]: (error) Memory pointed to by 'p' is freed twice.

[main.c:99]: (error) Deallocating a deallocated pointer: p