malloc()和堆内存

Question

我在以下C代码中得到了奇怪的结果。

int main()
{
    int *p = (int *) malloc(100);
    p[120] = 5;
    printf("\n %d", p[120]);
}

由于我只分配了100个字节，这段代码应该会导致分段错误。然而，它打印出“5”，并且没有出现任何运行时错误。请问有人能解释一下原因吗？

- atv

---

可能只是运气好。 - Tom R

你把数字5写在一个不属于你的地方。如果这个地方的主人不喜欢你对它的家所做的事情，它会报复你。小心，那个地方可能属于你的USB驱动器，它会格式化你下一个插入的驱动器。 - pmg

实际上，在现代保护模式操作系统上，这种可能性不是很大。 - bcat

据您所知，malloc(100)仅为100字节/25个整数分配空间，假设sizeof(int)=4。因此，即使是p[25]也会超出边界。 - smci

Answer 1

不，这段代码不应该（必然）导致段错误（segfault）。当您尝试访问未分配给您的进程的虚拟内存页时，才会发生段错误。

"堆"或"自由存储区"是您的进程拥有的虚拟内存页区域。 malloc() API将此区域细分为块，并返回指向该块的指针。

如果您的指针地址超出了您所拥有的块的末尾，通常会访问到属于堆但不属于您分配块的内存。通过这种方式，您可以破坏其他堆块，甚至是用于定义堆的malloc()使用的数据结构。

有关堆破坏的更多信息以及在代码调试版本中检测它的方法，可以参考这本书：

《编写可靠代码：微软开发无缺陷 C 程序的技术》（Writing Solid Code: Microsoft's Techniques for Developing Bug-Free C Programs） by Steve Maguire

附注：对于学究式的人来说，极少数情况下，通过访问超出堆块末尾的内存，您可能会访问到不属于堆的内存。在这些情况下，您可能会得到您预期的段错误。您还可能会破坏堆以外的其他数据结构。这实际上是一种机率问题。但是，与典型的堆块相比，堆本身非常大，因此像您提供的示例代码那样，99％的情况下会破坏堆。您提供的示例属于这99％的情况。

- Heath Hunnicutt

---

实际上，由于他要求更改堆栈末尾20个字节，根据架构和周围代码的不同，他可能会破坏堆栈，甚至更改程序本身。这种行为是真正未定义的。 - T.E.D.

T.E.D.那句话只是“有点”正确。毫无疑问，他正在使用具有虚拟内存页大小的机器。可执行代码的VM保护可能与堆有所不同。我敢打赌他正在使用这样一个系统，因为C标准库的malloc()函数存在。但你所说的在特定情况下是正确的，例如在运行TRS-DOS的Z-80上的Radio Shack Model III机器上。 ;) - Heath Hunnicutt

是的，即使在虚拟内存页面系统上，你所写的代码也有可能发生。但这种情况并不常见，而且深入讲解这些细节对于教学意义也不大。应该在问题所在的层面上解决问题，避免过度追求细节。 - Heath Hunnicutt

@T.E.D. 实际上，你写的是“stack”，而我读成了“heap”。你写的是完全错误的。 - Heath Hunnicutt

Answer 2

无效的内存访问并不总是会导致分段错误、总线错误或其他崩溃。例如，如果在你的数组之后立即分配了另一个块，则你正在更改该块中的值，这可能是任何值。

- John Millikin

Answer 3

不，它可以导致段错误，但仅当内存位于进程之外时。否则，它只会修改程序内存的其他区域。C不会检查这一点，也不会以任何方式保护您，即使在上述明显情况下也是如此。许多软件破解者使用C的这个“特性”来重写具有提升特权的程序，并控制您的计算机。这被称为缓冲区溢出漏洞利用。

这就是为什么应该避免使用C（和C ++）编写新软件，而应该选择更安全的语言，如Ada。

- T.E.D.

---

我知道最后一句话会让人投反对票。我不在乎。它是真的。 - T.E.D.

Answer 4

您正在写入未初始化的内存；在 C 中是允许的，但并不是一个好主意。这种情况不一定会导致分段错误。

- Paul Sonier

---

你使用“allowed”这个词是具有误导性的。它在语法上是合法的，但会引发未定义行为。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE

Answer 5

您正在写入未分配的内存。如果程序运行时间足够长，由于堆损坏的影响，程序可能最终会终止。

- William Bell

Answer 6

段错误的常见原因：

• 解引用具有无效值的指针
• 解引用空指针
• 尝试写入只读段

• 释放不正确的指针或未拥有的块。

  int *x=0;

  x = 200; / 导致段错误 */

基于被确定为非法内存访问，MMU异常会生成段错误。根据操作系统如何构造其内存，一个操作系统上的一次内存访问可能是合法的（虽然是错误的），而在另一个操作系统上可能是非法的。

- prime_number

---

虽然有些晚了，但是... x = 200 是可以的， *x = 200 会导致段错误。 - Peter Krnjevic