C语言 内存操作
清风自在 流水潺潺 人气:2一、野指针
- 指针变量中的值是非法的内存地址,进而形成野指针
- 野指针不是 NULL 指针,是指向不可用内存地址的指针
- NULL 指针并无危害,很好判断,也很好调试
- C 语言中无法判断一个指针所保存的地址是否合法
二、野指针的由来
- 局部指针变量没有被初始化
- 指针所指向的变量在指针之前被销毁
- 使用已经释放过的指针
- 进行了错误的指针运算
- 进行了错误的强制类型转换
下面看一个示例:
#include <stdio.h> #include <malloc.h> int main() { int* p1 = (int*)malloc(40); int* p2 = (int*)1234567; //p2 是一个野指针 int i = 0; printf("%p\n", p1); for(i=0; i<40; i++) { *(p1 + i) = 40 - i; //由于指针运算产生了野指针,改写了非法内存地址 } free(p1); printf("%p\n", p1); for(i=0; i<40; i++) { p1[i] = p2[i]; //使用已经释放了的内存空间 } return 0; }
输出结果如下:
两个打印语句打印出来的地址值是完全相同的,这说明 free() 函数只负责释放 p1 所指向的内存空间,但是不负责将 p1 重置为空指针,或者说重置为任何地址值。
可以做以下修改:
#include <stdio.h> #include <malloc.h> int arr[40] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}; int main() { int* p1 = (int*)malloc(40 * sizeof(int)); int* p2 = arr; int i = 0; printf("%p\n", p1); for(i=0; i<40; i++) { *(p1 + i) = 40 - i; } free(p1); p1 = NULL; printf("%p\n", p1); for(i=0; i<40; i++) { p1[i] = p2[i]; //使用已经释放了的内存空间 } return 0; }
输出结果如下:
这里注意一个技巧,将释放之后的指针立即赋值成空指针。
三、基本原则
- 绝不返回局部变量和局部数组的地址
- 任何变量在定义后必须初始化
- 字符数组必须确认 0 结束符后才能成为字符串
- 任何使用与内存操作相关的函数必须指定长度信息
下面再来看一个示例:
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <malloc.h> struct Student { char* name; int number; }; char* func() { char p[] = "AutumnZe"; return p; } void del(char* p) { printf("%s\n", p); free(p); } int main() { struct Student s; //由于没有初始化,产生了野指针 char* p = func(); //产生了野指针 strcpy(s.name, p); //使用野指针,name 成员保存的地址值完全不知道 s.number = 99; p = (char*)malloc(5); strcpy(p, "AutumnZe"); //产生内存越界,操作了野指针 del(p); return 0; }
输出结果如下:
四、小结-上
- 内存错误是实际产品开发中最常见的问题,然而绝大多数的bug都可以通过遵循基本的编程原则和规范来避免。
- 因此,在学习的时候要牢记和理解内存操作的基本原则,目的和意义。
五、常见的内存错误
- 结构体成员指针未初始化
- 结构体成员指针未分配足够的内存
- 内存分配成功,但并未初始化
- 内存操作越界
下面看一个示例:
#include <stdio.h> #include <malloc.h> void test(int* p, int size) { int i = 0; for(i=0; i<size; i++) { printf("%d\n", p[i]); } free(p); //这里多释放了一次内存 } void func(unsigned int size) { int* p = (int*)malloc(size * sizeof(int)); int i = 0; if( size % 2 != 0 ) { return; } for(i=0; i<size; i++) { p[i] = i; printf("%d\n", p[i]); } free(p); } int main() { int* p = (int*)malloc(5 * sizeof(int)); test(p, 5); free(p); func(9); func(10); return 0; }
输出结果如下,可以看到程序崩溃了:
0
0
0
0
0
*** glibc detected *** ./a.out: double free or corruption (fasttop): 0x0969e008 ***
======= Backtrace: =========
/lib/libc.so.6(+0x6c0c1)[0x27b0c1]
/lib/libc.so.6(+0x6d930)[0x27c930]
/lib/libc.so.6(cfree+0x6d)[0x27fa1d]
./a.out[0x804851f]
/lib/libc.so.6(__libc_start_main+0xe7)[0x225ce7]
./a.out[0x8048391]
======= Memory map: ========
0013c000-00158000 r-xp 00000000 08:02 4629 /lib/ld-2.12.1.so
00158000-00159000 r--p 0001b000 08:02 4629 /lib/ld-2.12.1.so
00159000-0015a000 rw-p 0001c000 08:02 4629 /lib/ld-2.12.1.so
0020e000-0020f000 r-xp 00000000 00:00 0 [vdso]
0020f000-00366000 r-xp 00000000 08:02 4645 /lib/libc-2.12.1.so
00366000-00368000 r--p 00157000 08:02 4645 /lib/libc-2.12.1.so
00368000-00369000 rw-p 00159000 08:02 4645 /lib/libc-2.12.1.so
00369000-0036c000 rw-p 00000000 00:00 0
00dbf000-00dd9000 r-xp 00000000 08:02 102 /lib/libgcc_s.so.1
00dd9000-00dda000 r--p 00019000 08:02 102 /lib/libgcc_s.so.1
00dda000-00ddb000 rw-p 0001a000 08:02 102 /lib/libgcc_s.so.1
08048000-08049000 r-xp 00000000 08:05 525125 /home/delphi/a.out
08049000-0804a000 r--p 00000000 08:05 525125 /home/delphi/a.out
0804a000-0804b000 rw-p 00001000 08:05 525125 /home/delphi/a.out
0969e000-096bf000 rw-p 00000000 00:00 0 [heap]
b7600000-b7621000 rw-p 00000000 00:00 0
b7621000-b7700000 ---p 00000000 00:00 0
b77db000-b77dc000 rw-p 00000000 00:00 0
b77e9000-b77ec000 rw-p 00000000 00:00 0
bfc94000-bfcb5000 rw-p 00000000 00:00 0 [stack]
已放弃
如果把多余的 free() 注释掉,程序就能正常运行了。
void test(int* p, int size) { int i = 0; for(i=0; i<size; i++) { printf("%d\n", p[i]); } //free(p); //这里多释放了一次内存 }
输出结果如下:
接上面的例子,讨论一下 free 问题,代码如下:
#include <stdio.h> #include <malloc.h> void test(int* p, int size) { int i = 0; for(i=0; i<size; i++) { printf("%d\n", p[i]); } free(p); } int main() { int* p = (int*)malloc(5 * sizeof(int)); int a[2]; test(a, 2); return 0; }
输出结果如下:
因为 test(a, 2); 调用 test() 函数时 p 所指向的内存空间是栈上面的空间,但是 free 函数的作用是释放堆上面的空间,所以肯定会发生段错误。
下面再来看一个例子:
#include <stdio.h> #include <malloc.h> struct Demo { char* p; }; int main() { struct Demo d1; struct Demo d2; char i = 0; for(i='a'; i<'z'; i++) { d1.p[i] = 0; } d2.p = (char*)calloc(5, sizeof(char)); printf("%s\n", d2.p); for(i='a'; i<'z'; i++) { d2.p[i] = i; //内存越界 } free(d2.p); return 0; }
输出结果如下:
结构体变量里面包含指针,但是没有初始化,就会变成野指针。所以 d1.p[i] = 0; 就会产生 bug。
六、内存操作的规则
动态内存申请之后,应该立即检查指针值是否为 NULL,防止使用 NULL 指针
free 指针之后必须立即赋值为 NULL
任何与内存操作相关的函数都必须带长度信息
malloc 操作和 free 操作必须匹配,防止内存泄露和多次释放。
七、小结-下
内存错误的本质源于指针保存的地址为非法值
- 指针变量未初始化,保存随机值
- 指针运算导致内存越界
内存泄漏源于 malloc 和 free 不匹配
- 当 malloc 次数多于 free 时,产生内存泄漏
- 当 malloc 次数少于 free 时,程序可能崩溃
避免内存泄漏:哪个函数里面进行的 malloc ,就在哪个函数里面 free,不要跨函数去释放动态的内存空间。
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