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一个本地变量的内存是否可以在其作用域外被访问？

c++memory-managementlocal-variablesdangling-pointer
1160

我有以下的代码。

#include <iostream>

int * foo()
{
    int a = 5;
    return &a;
}

int main()
{
    int* p = foo();
    std::cout << *p;
    *p = 8;
    std::cout << *p;
}

而且代码只是运行而没有运行时异常！

输出为58

怎么可能？一个局部变量的内存不是在其函数外部无法访问吗？

15
如果不进行修改，这段代码甚至无法编译；即使你修复了格式错误，gcc仍然会警告“返回本地变量'a'的地址”；而valgrind则显示“大小为4的非法写入[...]地址0xbefd7114刚好在堆栈指针下方”。请注意，我的翻译尽可能准确地呈现原始文本的含义，同时也更易于理解。 - sehe
89
@Serge: 在我年轻时，我曾经在Netware操作系统上工作过一些有点棘手的零环代码，涉及到巧妙地移动堆栈指针，这种方式并不被操作系统完全批准。当我犯了错误时，通常堆栈会重叠在屏幕内存上，我可以直接观察到字节被写入显示器上。这种做法现在行不通了。 - Eric Lippert
23
在理解问题所在之前，我需要阅读问题和一些答案。这实际上是关于变量访问范围的问题吗？你甚至没有在函数外使用“a”。这就是问题的全部。从内存引用方面展开讨论是完全不同的话题，与变量范围无关。 - erikbstack
12
重复的答案并不意味着重复的问题。很多人在这里提出的重复问题实际上是完全不同的问题，只是碰巧涉及到相同的潜在症状...但是提问者没有办法知道这一点，所以这些问题应该保持开放状态。我关闭了一个旧的重复问题，并将其合并到这个问题中，因为它有一个非常好的答案，所以应该保持开放状态。 - Joel Spolsky
16
@Joel：如果这里的答案不错，应该将其___合并到更早的问题___中，而不是相反。而这个___问题___确实是其他在这里提出的问题的副本，甚至更多（尽管其中一些比其他问题更适合）。请注意，我认为Eric的回答很好。（事实上，我标记了这个问题以便将答案合并到更早的问题中，以挽救早期的问题。） - sbi
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21个回答
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正如Alex指出的，这种行为是未定义的。实际上，大多数编译器都会警告不要这样做，因为这是导致程序崩溃的简单方法。

作为您可能会遇到的奇怪行为的一个例子，可以尝试以下示例：

int *a()
{
   int x = 5;
   return &x;
}

void b( int *c )
{
   int y = 29;
   *c = 123;
   cout << "y=" << y << endl;
}

int main()
{
   b( a() );
   return 0;
}

这会输出“y=123”，但你的结果可能因机器不同而异（真的！）。您的指针正在破坏其他不相关的局部变量。

18

你只是返回了一个内存地址。虽然这是允许的，但很可能是一种错误。

如果您尝试解引用该内存地址，则会导致未定义的行为。

int * ref () {

    int tmp = 100;
    return &tmp;
}

int main () {

    int * a = ref();
    // Up until this point there is defined results
    // You can even print the address returned
    // but yes probably a bug

    cout << *a << endl;//Undefined results
}
我不同意：在 cout 之前存在一个问题。 *a 指向未分配（释放）的内存。即使您不对其进行解引用，它仍然是危险的（并且很可能是虚假的）。 - ereOn
@ereOn：我更清楚地解释了我所说的问题，但它并不危险，至少对于有效的C++代码而言是如此。但是，从用户角度来看，这很危险，因为用户可能会犯错误并做出一些不好的事情。例如，也许你正在尝试查看堆栈增长情况，你只关心地址值，永远不会对其进行引用。 - Brian R. Bondy
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这是典型的未定义行为，在这里不到两天前就有讨论了——在网站上搜索一下。简而言之，你很幸运，但任何事情都可能发生，你的代码正在对内存进行无效访问。

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你实际上触发了未定义行为。

返回临时变量的地址是可行的，但由于临时变量在函数结束时被销毁，访问这些变量的结果将是未定义的。

因此，你并没有修改 a 变量，而是修改了 a 所在内存位置。这种差异与崩溃和不崩溃之间的差异非常相似。

14

这是可能的，因为a是一个在其作用域内（foo函数）分配了临时内存的变量。当你从foo返回后，该内存就可以被释放并被覆盖。

你正在进行的操作被描述为未定义行为，结果无法预测。

14

在典型的编译器实现中，您可以认为代码是“打印出地址为a的内存块的值，该地址曾经被占用”。此外，如果将一个新的函数调用添加到包含本地int的函数中，a的值（或a曾经指向的内存地址）很可能会发生改变。这是因为堆栈将被覆盖以包含不同的数据帧。

然而，这是未定义的行为，您不应该依赖它来工作！

4
“print out the value of the memory block with address that used to be occupied by a"并不太准确。这使得它听起来像他的代码有一些明确定义的含义，但事实并非如此。尽管如此，你是正确的，这可能是大多数编译器实现的方式。 - Brennan Vincent
@BrennanVincent：当存储器被a占用时，指针保存了a的地址。虽然标准不要求实现定义目标生命周期结束后地址的行为，但它也认识到在某些平台上，UB以环境特征的记录方式进行处理。虽然局部变量的地址在超出其作用域后通常没有多大用处，但其他类型的地址在其各自目标的生命周期结束后仍可能具有意义。 - supercat
例如，虽然标准可能不要求实现允许将传递给 realloc 的指针与返回值进行比较，也不允许调整指向旧块内地址的指针以指向新块，但某些实现确实这样做，利用此功能的代码可能比必须避免涉及分配给 realloc 的指针的任何操作 - 甚至是比较 - 更有效率。 - supercat
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如果你使用::printf而不是cout，那么正确的控制台输出会发生很大变化。

你可以在下面的代码中尝试使用调试器进行测试（已在x86、32位、Visual Studio上测试通过）：

char* foo()
{
  char buf[10];
  ::strcpy(buf, "TEST");
  return buf;
}

int main()
{
  char* s = foo();    // Place breakpoint and the check 's' variable here
  ::printf("%s\n", s);
}
无法编译（也由语法高亮指示）。存在一个非ASCII双引号：”。 - Peter Mortensen
6
这是一种“脏”使用内存地址的方法。当您返回一个地址（指针）时，您不知道它是否属于函数的本地作用域。它只是一个地址。
现在您已调用“foo”函数，“a”的内存位置已经分配到了应用程序（进程）的可寻址内存中（至少目前是安全的）。
在“foo”函数返回后，“a”的地址可以被认为是“脏”的，但它仍然存在，没有被清除或被程序其他部分的表达式干扰/修改（至少在这种情况下如此）。
C/C++编译器不会阻止您进行这种“脏”访问（如果您关心的话，它可能会发出警告）。除非您通过某种手段保护地址，否则您可以安全地使用（更新）程序实例（进程）中数据段中的任何内存位置。
5

函数返回后，所有标识符都被销毁，而不是保留在内存中的值。如果没有标识符，我们无法定位这些值。但该位置仍然包含之前函数存储的值。

因此，在此函数中，foo() 返回 a 的地址，而 a 在返回其地址后被销毁。您可以通过返回的地址访问修改后的值。

让我举个现实生活中的例子：

假设一个人将钱藏在某个地方，并告诉您这个地方。一段时间后，告诉您钱的位置的人去世了。但您仍然可以访问那笔隐藏的钱。

0

你的代码非常危险。你正在创建一个本地变量（在函数结束后被认为已经销毁），并且在它被销毁后返回该变量的内存地址。

这意味着内存地址可能有效也可能无效，你的代码将容易受到可能的内存地址问题（例如分段错误）的影响。

这意味着你正在做一件非常糟糕的事情，因为你正在传递一个不可信的指针给一个内存地址。

相反，考虑以下示例并进行测试：

int * foo()
{
    int *x = new int;
    *x = 5;
    return x;
}

int main()
{
    int* p = foo();
    std::cout << *p << "\n"; // Better to put a newline in the output, IMO
    *p = 8;
    std::cout << *p;
    delete p;
    return 0;
}

与您的示例不同，使用此示例：
  • 在本地函数中为int分配内存
  • 该内存地址在函数过期时仍然有效（没有被任何人删除）
  • 该内存地址是可靠的（该内存块不被视为自由，因此在删除之前不会被覆盖）
  • 该内存地址在不使用时应删除。（请参见程序结尾处的delete）
1
提问者使用了原始指针。我做了一个例子，完全反映了他所做的例子，以便让他看到不可靠指针和可靠指针之间的区别。实际上，还有另一个与我的答案类似的答案，但它使用strcpy，我认为这可能对初学者编码人员来说不太清晰，而我的例子使用new则更加清晰明了。 - Nobun
他们没有使用new。你教他们使用new。但是你不应该使用new。 - Lightness Races in Orbit
那么在您的意见中，将地址传递给在函数中被销毁的本地变量比实际分配内存更好吗？这没有意义。理解分配和释放内存的概念非常重要，尤其是如果您正在询问指针（提问者没有使用new，但使用了指针）。 - Nobun
智能指针肯定比new更好，我同意你的看法。但是对于初学者来说，使用和理解new要比智能指针简单。我认为应该逐步增加复杂度。首先，必须了解什么是分配，然后才能达到下一步（可能是...如何更好地使用分配? -> 智能指针和std中的其他工具）。然而，我承认我是一个非常老派的C++自学者：D 所以 -> 我的错 :P - Nobun
智能指针的对象管理应该是教授的内容。new 和 delete 是一种高级话题，可以稍后教授。 :) - Lightness Races in Orbit
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