正常
阶段 4 Lab 实验参考
所有输出在 WSL Arch（gcc 16.1.1 / clang 22.1.8）真实运行得到。建议卡住时先看「思路」逐步对照。本实验埋雷处有个诚实细节：编译器在步骤 2 就会用
-Wuse-after-free提醒那颗雷的存在——这是线索不是判决，真正的判决在步骤 5。
步骤 1：工具链体检与头文件契约（L1）
思路：五个版本号一次摸清；三问是第 1 章三条契约的「知不知道」。
- 工具链版本（真实输出见下）。→ 知识点：阶段 0 第 1 章：工具链体检
- 三问答：① guard 三行是
#ifndef STATSLIB_H/#define STATSLIB_H/ 正文 /#endif；② ODR 一句话——每个非 inline 全局符号全工程只有一处定义，声明到处放、定义只一份；int stats_mean(...);是声明（不分配存储、不生成代码），放头文件给各.c共享引用同一个唯一定义，恰恰是遵守 ODR 的写法；③static inline——裸inline不提供外部符号，调用方会撞undefined reference。→ 知识点：第 1 章：头文件契约（三契约）
验证输出：
text
$ gcc --version | head -1
gcc (GCC) 16.1.1 20260728
$ clang --version | head -1
clang version 22.1.8
$ cmake --version | head -1
cmake version 4.4.2
$ gdb --version | head -1
GNU gdb (GDB) 17.2
$ valgrind --version
valgrind-3.25.1步骤 2：Makefile 头依赖（L2）
思路：-MMD -MP 进 CFLAGS、DEPS := $(wildcard *.d) + -include 喂回 make。注意一个当场就现身的诚实细节：gcc 在编译期就用 -Wuse-after-free 提醒了 stats_range 里那颗雷——pointer 'tmp' used after 'free'，指向 statslib.c:43。这是三道防线（编译器警告 → sanitizer → gdb）里第一道在说话，把它留在日志里，步骤 5 会回来对账。
- 干净构建三件套命令跑通，demo 打印
mean=25 range=30。→ 知识点：第 4 章：make 深处（-MMD -MP一对写死、-include减号吞文件不存在错误） touch statslib.h后两个.o全重编——statslib.d里写着statslib.o: statslib.c statslib.h。→ 知识点：第 4 章「-MMD」一节
验证输出：
text
$ make clean && make && ./demo
rm -f demo *.o *.d
gcc -std=c11 -Wall -Wextra -MMD -MP -c demo.c -o demo.o
gcc -std=c11 -Wall -Wextra -MMD -MP -c statslib.c -o statslib.o
statslib.c: In function 'stats_range':
statslib.c:43:16: warning: pointer 'tmp' used after 'free' [-Wuse-after-free=]
43 | guard = tmp[0];
| ~~~^~~
statslib.c:38:5: note: call to 'free' here
38 | free(tmp);
| ^~~~~~~~~
gcc -std=c11 -Wall -Wextra -MMD -MP -o demo demo.o statslib.o
mean=25 range=30
$ touch statslib.h && make
gcc -std=c11 -Wall -Wextra -MMD -MP -c demo.c -o demo.o
gcc -std=c11 -Wall -Wextra -MMD -MP -c statslib.c -o statslib.o
gcc -std=c11 -Wall -Wextra -MMD -MP -o demo demo.o statslib.oMakefile 全文（验收标准里那句「-MMD 替你记得」的完整版）：
makefile
CC = gcc
CFLAGS = -std=c11 -Wall -Wextra -MMD -MP
demo: demo.o statslib.o
$(CC) $(CFLAGS) -o $@ $^
%.o: %.c
$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@
DEPS := $(wildcard *.d)
-include $(DEPS)
.PHONY: clean
clean:
rm -f demo *.o *.d步骤 3：CMake 三态与多配置（L3）
思路：stats 库的 target_include_directories 标 PUBLIC、-Wall -Wextra 标 PRIVATE、c_std_11 标 PUBLIC；两个 build 目录各配一个 CMAKE_BUILD_TYPE。
- Debug
C_FLAGS = -g -Wall -Wextra、ReleaseC_FLAGS = -O3 -DNDEBUG -Wall -Wextra——-Wall -Wextra是项目自己 PRIVATE 挂的、两边都在；-g和-O3 -DNDEBUG是 CMake 按构建类型选的。→ 知识点：第 5 章：CMake 工程化「多配置」一节 NDEBUG由 Release 的-DNDEBUG带进来，把assert展开成空操作：Debug 版assert触发退出 134（128+SIGABRT），Release 版静默通过退出 0。→ 知识点：第 5 章、阶段 0 第 9 章
验证输出：
text
$ grep '^C_FLAGS' build-dbg/CMakeFiles/stats.dir/flags.make
C_FLAGS = -g -Wall -Wextra
$ grep '^C_FLAGS' build-rel/CMakeFiles/stats.dir/flags.make
C_FLAGS = -O3 -DNDEBUG -Wall -Wextra
$ ./build-dbg/demo 2; echo "exit=$?"
demo: .../s3/demo.c:15: main: Assertion `x == 1 && "x 只能是 1"' failed.
exit=134
$ ./build-rel/demo 2; echo "exit=$?"
mean=25 range=30
exit=0步骤 4：Unity 测试 + CTest（L3）
思路：复刻教材第 7 章 ~30 行 mini_unity（TEST_ASSERT_EQUAL_INT/TEST_ASSERT_TRUE + setjmp/longjmp + UNITY_BEGIN/END），五条用例每个行为一条；CMake 里 enable_testing() 写在前、add_test 在后。
- ctest
1/1 Passed、退出 0；Unity 自己的总账5 Tests 0 Failures。→ 知识点：第 7 章：测试不再是 printf（第二级 Unity + 第三级 CTest） longjmp那一跳为什么「一条 FAIL 不拖死全家」：断言宏失败时longjmp(Unityjmp_buf, 1)跳回unity_run_test里setjmp的 else 分支——记一笔失败、tearDown收尾、函数正常返回，main里的下一条RUN_TEST照常调度。→ 知识点：同上
验证输出：
text
$ ctest --test-dir build --output-on-failure
Test project /tmp/cj-ex4-lab/s4/build
Start 1: stats_unity
1/1 Test #1: stats_unity ...................... Passed 0.00 sec
100% tests passed out of 1
Total Test time (real) = 0.00 sec
ctest exit=0
$ ./build/test_stats
test_mean_normal ... PASS
test_mean_empty ... PASS
test_range_normal ... PASS
test_range_single ... PASS
test_range_empty ... PASS
5 Tests 0 Failures五条用例都绿——但这句「都绿」不是终点。第 2 步编译器已经用 -Wuse-after-free 警告过 statslib.c:43，ctest 却全绿。这正是下一刀要验证的命题：绿 ≠ 干净。
步骤 5：sanitizer 抓到真 bug（L4）
思路：用 CI 的姿势（CC=clang + 三件套 flags）重编重跑，ASan 的「已释放即毒化」让 free 之后那次读当场现形；修复后回绿，顺手过格式门。
- sanitizer 下 ctest：
test_range_normal刚开跑，ASan 就甩heap-use-after-free——READ of size 4、三段栈（非法读 →freed by thread T0 here→previously allocated by thread T0 here）、退出码 8。→ 知识点：第 10 章：ASan+UBSan 深入（三段式报告读法） - 修复：把 free 之后的「防御性校验」整个删掉（数据刚拷进副本、校验本无意义），
*out = hi - lo直接返回。重跑 ctest1/1 Passed。→ 知识点：第 16 章：工程化毕业项目（clib 的 sanitizer 发现同款收尾） - 格式门：先
clang-format -i归一化再--dry-run --Werror，退出 0——LLVM 基底、4 空格缩进、左贴指针、转换后带空格（(size_t) n）。→ 知识点：阶段 0 第 17 章：格式化与质量门
验证输出：
展开代码 (共 25 行)收起代码
text
$ ctest --test-dir build-asan --output-on-failure
1/1 Test #1: stats_unity ......................***Failed 0.06 sec
test_mean_normal ... PASS
test_mean_empty ... PASS
test_range_normal ... =================================================================
==4344==ERROR: AddressSanitizer: heap-use-after-free on address 0x... thread T0
READ of size 4 at 0x... thread T0
#0 ... (test_stats+0x1933bd)
0x... is located 0 bytes inside of 16-byte region [0x...,0x...)
freed by thread T0 here:
#1 ... (test_stats+0x193347)
previously allocated by thread T0 here:
#1 ... (test_stats+0x192bfa)
SUMMARY: AddressSanitizer: heap-use-after-free (test_stats+0x1933bd)
50% tests passed, 1 tests failed out of 1
ctest exit=8
$ # 删掉 free 之后的防御性校验
$ cmake --build build-asan && ctest --test-dir build-asan --output-on-failure
1/1 Test #1: stats_unity ...................... Passed 0.07 sec
100% tests passed out of 1
ctest exit=0
$ clang-format -i statslib.h statslib.c mini_unity.h mini_unity.c test_stats.c
$ clang-format --dry-run --Werror statslib.h statslib.c mini_unity.h mini_unity.c test_stats.c
$ echo $?
0sanitizer 是收官章「最值钱的一刀」：五条用例全绿的程序，ASan 一开就把那颗从步骤 2 一直躺到现在的雷炸出来。埋雷代码长这样（修复就是把 free 之后那三行删掉）：
c
free(tmp);
/* 埋的雷:free 之后又读了一次 tmp[0]「做防御性校验」——
* 读出来的值只进 volatile、被丢弃,所以普通构建下结果不受影响;
* 但这次读本身是 use-after-free,ASan 会当场抓住。 */
volatile int guard;
guard = tmp[0];
(void) guard;
*out = hi - lo;步骤 6：gcov 覆盖率（L4）
思路：-DCMAKE_C_FLAGS="--coverage -g -O0" + -DCMAKE_EXE_LINKER_FLAGS="--coverage" 注入埋点；gcov -b 出四个数字。baseline 五条用例的死角：lo = tmp[i]（测试数据全升序，lo 从不更新）、malloc 失败分支。
- baseline：
Lines 92.31% of 26、Branches 100% of 24、Taken at least once 70.83% of 24——#####钉在第 23 行return -1（malloc 失败）和第 32 行lo = tmp[i];。→ 知识点：第 13 章：覆盖率门（gcov 读法与死行） - 补两条用例：
stats_mean(a, 2, NULL)救活!out分支、降序数据{40,30,20,10}救活lo = tmp[i]。重跑：Lines 96.15%、Taken 83.33%。→ 知识点：第 13 章（补用例→覆盖率涨的闭环） - 剩下的死行只剩第 23 行
malloc失败——这条普通测试根本走不到，交给附加挑战。→ 知识点：同上（错误注入分支要靠故障注入，见 L5）
验证输出：
text
$ gcov -b statslib.c.gcno
Lines executed:92.31% of 26
Branches executed:100.00% of 24
Taken at least once:70.83% of 24
Calls executed:100.00% of 3
$ grep -E '#####|taken 0%' statslib.c.gcov | head -8
branch 0 taken 0% (fallthrough)
#####: 23: return -1;
branch 0 taken 0% (fallthrough)
#####: 32: lo = tmp[i];
$ # 补 stats_mean(a, 2, NULL) 与降序 {40,30,20,10} 两条用例后
$ gcov -b statslib.c.gcno
Lines executed:96.15% of 26
Branches executed:100.00% of 24
Taken at least once:83.33% of 24
Calls executed:100.00% of 3
$ grep -E '#####|taken 0%' statslib.c.gcov | head -4
branch 0 taken 0% (fallthrough)
#####: 23: return -1;附加挑战（L5）：malloc 失败注入
思路：教材外补充——故障注入（fault injection）思路，源自 Test Double 那套「按脚本返回」的哲学；--wrap 本身见第 8 章。__wrap_malloc 平时透传 __real_malloc，arm_malloc_failure() 之后下一次调用返回 NULL。为什么「只失效一次」的设计不会误伤别的 malloc：注入窗口只有 arm 到下一次调用之间，测试只在这条缝隙里调 stats_range；窗口外的一切调用（包括 printf 内部的）都走 __real_malloc 原路。
- 正常路径 30 → 注入后 -1 → 再测正常 30（失效一次性）→
stats_mean不碰 malloc、注入对它无效。→ 知识点：第 8 章：Mock 与隔离（--wrap 与__real_透传）、第 3 章（返回码是断言对象）
验证输出：
text
$ gcc -std=c11 -Wall -Wextra -I. statslib.c wrap_malloc.c test_fail.c \
-Wl,--wrap,malloc -o tf_gcc && ./tf_gcc
OK
exit=0
$ clang -std=c11 -Wall -Wextra -I. statslib.c wrap_malloc.c test_fail.c \
-Wl,--wrap,malloc -o tf_clang && ./tf_clang
OK
exit=0注入器全文：
c
static int fail_next = 0;
void arm_malloc_failure(void) {
fail_next = 1;
}
void* __real_malloc(size_t n);
void* __wrap_malloc(size_t n) {
if (fail_next) {
fail_next = 0;
return NULL;
}
return __real_malloc(n);
}测试里 arm_malloc_failure(); assert(stats_range(a, 4, &out) == -1); 这一句，把步骤 6 里那条 ##### 的 return -1 分支救活了——覆盖率测不到的错误路径，故障注入能测到。这正是 L5 想让你看清的最后一课：「防御性代码」不是写在那里就完了，每一行错误处理都该有一个让它真正执行一次的测试手段。