C语言中malloc/free的损坏常见问题概述

Question

C语言中malloc/free的损坏常见问题概述

cpointersmemorymemory-management

4

这个问题类似于c malloc questions (mem corruption)，但我再次提出它是因为我想要比提供的更具体的信息。

所以我有一个程序，其中有一个malloc，然后是一些复杂的代码，最后是一个free。在复杂的代码中的某个地方，内存被双重释放或越界写入（分别在与原始malloc不同的内存区域中）而导致原始free失败。这种行为相当确定。

我的问题有几个：

What are the minimal conditions for a memory corruption to affect a separate memory region like this.
Are there any proactive steps that can be taken to prevent this cross-corruption.

Is it defined behaviour wrt standards to use pointer arithmetic to jump back and forth between contiguously allocated memory.

/* 3 example */
void *m = malloc(sizeof(header_struct) + sizeof(body_struct));
body_struct *b = (body_struct*) (((header_struct*)m)+1);
header_struct *h = (header_struct*) (((header_struct*)b)-1);

- Andrew Johnson

1

你的示例没有考虑到可能存在的对齐要求。如果对齐不是问题，那么这段代码就可以了（尽管有些奇怪）。 - Oliver Charlesworth

指针算术仅在一个对象内部定义，例如通过调用malloc返回的块。无论两个不相关的对象是否相邻分配并不重要。如果两个对象是更大对象的子对象，那就没问题。 - Deduplicator

查看调试malloc，它通常可以用来帮助捕获问题。为了更加主动，当您进行测试时，也可以使用调试malloc来捕获可能不总是那么确定的问题。 - jdigital

2个回答

0

（1）任何未定义的行为都可能导致这种内存损坏，包括但不限于写入任何非对象组成部分的内存位置。

（2）请仔细编写您的代码：-(

（3）第二个赋值操作不可移植，并且可能由于对齐问题而导致各种问题。为了使其正确并具有可移植性，通常使用灵活数组成员。如果您始终分配一个头和一个主体，则定义一个新的结构体。

typedef struct {
    header_struct header;
    body_struct body;
} body_plus_header_struct;

如果您分配了一个标题和可变数量的正文，请编写：

typedef struct {
    header_struct header;
    body_struct bodies [];
} body_plus_header_struct;

这里，body_plus_header_struct的大小保证会四舍五入，以便bodies数组的地址具有正确的对齐方式。要为n个bodies分配一个结构体，请分配

body_plus_header_struct* p = malloc (sizeof (*p) + n * sizeof (p->bodies [0]));

- gnasher729

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- david.pfx · Accepted Answer

好问题。

Q1. 标准下的最小条件是任何会触发未定义行为的情况。不幸的是，这是一个相当长的列表，不可操作。实际上，该列表归结为4个常见场景：对象下溢、对象上溢、悬空引用或野指针。

对象下溢发生在您写入已分配块之前的字节时。这些字节通常包含关键块链接，损害通常很严重。

对象上溢发生在您写入已分配块之后的字节时。通常在末尾有一小段填充空间，所以一个或两个字节通常不会造成严重的损害。如果继续写入，最终会像下溢一样命中某些重要内容。

悬空引用意味着通过曾经有效的指针进行写入。它可能是指向已超出范围的局部变量的指针，或者指向已释放的块的指针。这些都很难处理。

野指针表示写入到已分配块之外的地址。这可能是一个小正地址（例如指针值为0x20），在调试环境中，这些区域通常可以受到保护，或者它可能是随机垃圾，因为指针本身已损坏。这些情况不太常见，但很难找到和修复。

Q2. 调试堆是您的第一层保护。它将检查链接并在未使用的空间中写入特殊模式，并通常帮助查找和解决问题。如果使用调试堆，则free（）通常会触发某些诊断活动，但您通常可以找到其他调用来执行相同的操作。在Windows上，可以使用HeapValidate（）。

您可以通过实现具有警戒/哨兵（请查询）和自己的堆检查函数的自己的堆来做更多事情。在C中，除此之外，您只需更好地编写代码。您可以添加断言，以便至少使代码快速失败。

然后，您可以使用外部工具。其中一个是valgrnd，但它并不总是可行的。在一个案例中，我们编写了一个完整的堆日志记录系统，以跟踪每个分配，以查找此类问题。

Q3. 您的第二个示例不能保证第2行中的body_struct正确对齐。根据C标准n1570 S7.22.3，由malloc()返回的内存适合用作任何对象的指针。编译器将按照这个假设布置结构体。

然而，此要求不适用于结构体数组的成员。对于类似这样的结构体数组的第二个成员是否对齐是实现定义的。

struct s {
  double d;
  char c;
} ss[2];

考虑到这一点，你的代码是有效的C代码，但由于对齐要求的不同，可能存在实现定义或未定义行为。因此，并不建议使用这种方式。