内存分配违规后free（）的奇怪行为

不久之前，我在编写一个大数据库的时候正在寻找一个bug，它耗费了我很长时间。问题在于我违反了某些结构成员的内存边界，而不是segmentation fault或者只是一个普通的崩溃，它做了一些意想不到的事情（至少我没有想到它）。让我介绍一个例子：内存分配违规后free（）的奇怪行为

segmentation_fault.c

#include <stdlib.h> 
#include <stdio.h> 
#include <errno.h> 
#include <signal.h> 

#define N 100 /* arbitrary large number */ 

typedef unsigned char byte; 

void exitError(char *); 
void segmentationFaultSignalHandler(int); 

sig_atomic_t segmentationFaultFlag = 0; 


int main(void) 
{ 
    int i, memorySize = 0; 
    byte *memory; 
    if (setvbuf(stdout, NULL, _IONBF, 0)) 
     exitError("setvbuf() failed"); 
    if (signal(SIGSEGV, segmentationFaultSignalHandler) == SIG_ERR) 
     exitError("signal() failed"); 
    for (i = 0; i < N; ++i) 
    { 
     printf("Before malloc()\n"); 
     if ((memory = malloc(++memorySize * sizeof(byte))) == NULL) 
      exitError("allocation failed"); 
     printf("After malloc()\n"); 
     printf("Before segmentation fault\n"); 
     memory[memorySize] = 0x0D; /* segmentation fault */ 
     if (segmentationFaultFlag) 
      exitError("detected segmentation fault"); 
     printf("After segmentation fault\n"); 
     printf("Before free()\n"); 
     free(memory); 
     printf("After free()\n"); 
    } 
    return 0; 
} 


void segmentationFaultSignalHandler(int signal) 
{ 
    segmentationFaultFlag = 1; 
} 


void exitError(char *errorMessage) 
{ 
    printf("ERROR: %s, errno=%d.\n", errorMessage, errno); 
    exit(1); 
}

正如我们所看到的线memory[memorySize] = 0x0D;显然是违反了由malloc()给出的内存边界，但它不会崩溃或提高的信号（我根据ISO C99/ISO C11了解，信号处理是实现定义的，并且在违反内存边界时根本不需要加任何处理）。它在打印行After segmentation fault,Before free()和After free()上移动，但经过几次迭代后崩溃，始终在free()（打印After segmentation fault和Before free()，但不是After free()）。我想知道是什么导致了这种行为，以及什么是检测内存访问违规的最佳方式（我很惭愧，但我总是有点用printf来确定程序崩溃的位置，但确定必须有更好的工具来做到这一点）它很难被检测到（大多数情况下，它不会在违规代码中崩溃，但是，例如，在后面的代码中，当试图再次使用该内存时）。当然，我应该能够释放这个内存，因为我正确地分配它并且不修改指针。

来源

2014-01-24 Jori

这是未定义的行为。顾名思义，“未定义行为”意味着任何事情都可能发生，没有崩溃保证，只是......任何事情。 – SirDarius

根据定义，未定义的行为是未定义的。它可以导致崩溃（分段错误（或其他）），它可以*看起来很好，或者它可能在一个完全不相关的地方崩溃，甚至导致[鼻恶魔]（http://www.catb.org/）。行话/ HTML/N /鼻demons.html）。 –

它可能导致'free'问题的原因是某些分配算法（特别是在调试模式下）将数据存储在分配的内存之外。 –

在内存中阅读或写作时，您并不拥有自己的未定义行为。

这并不总是导致分段错误。在实践中，代码很可能会破坏一些其他数据，并且您的程序会在其他地方崩溃，从而导致难以调试。

在这个例子中，你写了一个无效的堆地址。很可能您会损坏一些内部堆结构，这可能导致程序在任何以下malloc或免费调用中崩溃。

有一些工具可以检查堆的使用情况，并可以告诉你是否写出了界限。我喜欢并会推荐valgrind for linux和gflags for windows。

来源

2014-01-24 10:40:59 typ1232

只是为了精确。写入完全随机的地址更可能触及未定义和未分配的内存。如果您比较正在运行的程序的“正常”大小为几兆字节与可寻址空间的大小为2^32（或2^64），触摸代码或数据的概率约为1：1000（或1：2^40）。 – Marian

您只能检测伪造环境中的违规行为。在这种情况下，你违反了你从系统中获得的记忆，你不能相信任何事情。因为现在发生的所有事情都是未定义的行为，并且你不能指望会发生什么，因为没有任何规则。

所以，如果你想检查一个程序的内存不足或一些读/写违规。你必须编写一个程序来获取属于它的存储区域，并将该区域的一部分给予“待检查”程序。你必须检查过程并跟踪它在哪里写入并读入我们的内存中，并且必须使用内存的其他部分来检查它是否允许读取写入或不读取（即通过设置在您的假冒环境中一些标志和检查他们是否改变了）。

因为如果程序正在离开你所拥有的区域。你不能确定你会发现这种行为与否。所以你必须让自己的记忆管理来检查这样的行为。

来源

2014-01-24 10:33:52 dhein

当malloc返回指向内存块的指针时，它会使用关于此指针的一些附加信息（如分配空间的大小）。这些信息通常存储在返回的指针之前的地址上。 malloc也经常会返回一个指向比你所要求更大的块的指针。在指针有效之前和之后的结果地址中。您可以在那里写入，而不会引发分段错误或其他系统错误。但是，如果您在那里编写，则可能会覆盖正确释放内存所需的数据malloc需求。自此以后，malloc和free的后续调用的行为是不确定的。

来源

2014-01-24 10:36:08 Marian

内存分配违规后free（）的奇怪行为

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