C/C++ 常见的内存错误

间接引用坏指针

使用以下代码向 val 变量写入数据

1	scanf("%d",&val);

如果写错成下面这样：

1	scanf("%d",val);

我们传递的是 val 而不是 val 的地址，scanf 将 val 解释为一个地址，最好的情况下程序立即终止，最糟糕情况下，val 的内容对应于虚拟内存的某个合法的读/写区域，于是覆盖了这段内存，这通常会在相当长的一段时间后造成灾难性的，令人困惑的后果。

读未初始化的内存

int matvec(){
		int i;
  	printf("%d\n",i);
}

i 是一个随机值。

允许栈缓冲区溢出

如果一个程序不检查输入串的大小就写入栈中的目标缓冲区，那么这个程序就有缓冲区溢出错误(buffer overflow bug)。如下列代码所示：

void bufoverflow(){
  	char buf[64];
  	gets(buf);
  	return;
}

更安全的版本：

void bufoverflow(){
  	char buf[64];
  	fgets(buf, 64, stdin);
  	return;
}

假设指针和它们指向的对象是相同大小的

如下列代码所示：

int **makeArray(int n, int m){
		int i;
		int **A = (int **)malloc(n*sizeof(int));
		
		for(int i=0; i<n; ++i){
				A[i] = (int*)malloc(m*sizeof(int));
		} 
		return;
}

以上代码的目的是创建一个由 n 个指针组成的数组，每一个指针都指向一个包含 m 个 int 的数组。但是代码int **A = (int **)malloc(n*sizeof(int*));被写成了 int **A = (int **)malloc(n*sizeof(int));。实际创建的是包含 n 个 int 类型的数组。

这段代码只有在 int 和 int* 大小相同的机器行运转良好，如果在像 Core i7 这样的机器上运行代码，其中int* 大于 int，后续 A[i] = (int*)malloc(m*sizeof(int));将写到超出 A 数组结尾的地方。这样的错误只有可能在代码运行很久之后发生，且错误很令人困惑。

造成错位错误

void fill(){
		int num[10];
		for(int i=0; i<=10; ++i){
				num[i] = i;
		}
}

以上的主要错误就是数组越界访问了，num 的数组下标范围[0,9]，总共 10 个元素。for 循环填充了11个元素，覆盖了 num[9] 之后的内存位置。

引用指针，而不是它所指向的对象

如果忽略了 C 操作符的优先级，就有可能错误地操作指针，而不是指针所指向的对象。例如下面代码，用于用于删除一个有 *size 项的二叉堆里的第一项，然后对剩下的 *size -1 项重新建堆。

int *binheapDelete(int **binheap, int *size){
		int *packet = binheap[0];
		binheap[0] = binheap[*size - 1];
		*size--;
		heapify(binheap,*size,0);
		return packet;
}

第 4 行目的减少二叉堆元素的数目，因为一元运算符 ‘*’ 和 ‘–’ 优先级相同，从右向左结合。所以第 6 行实际减少的是指针自己的值，而不是原本指针指向的整数的值。最幸运的话程序立即崩溃，不幸的是程序运行很久之后才出现一个不正确的结果，会令开发人员很困惑。第 6 行正确写法：(*size)--

误解指针运算

如下列代码所示，扫描一个 int 数组，并返回一个指针，指向 val 的首次出现：

int* search(int *p, int val){
		while(*p && *p!=val)
				p += sizeof(int);
		return p;
}

每次循环时，第 3 行都把指针加了 4，函数就不正确地扫描了数组中的每 4 个整数。

引用不存在的变量

局部变量存在在栈里，函数返回时局部变量就回收了，不能再引用它的地址。如下列代码所示：

int *stackref(){
		int val;
		return &val;
}

如果函数返回之后的某一个时间，修改了 val 的值，很可能修改了另一个函数栈帧的条目，引发令人困惑的问题。

引用空闲堆块中的数据

堆内存被释放时，就不能再次引用该堆块的地址。如果试图修改它，将破坏其它变量的值。如下列代码所示：

int *heapref(){
		int *p = (int*)malloc(sizeof(int));
		*p = 1024;
		free(p);
		*p = 1000; 
}

第 5 行修改了已释放的堆内存，有可能会在程序运行很久之后才会发现这个问题，同样会令人很困惑。

引起内存泄漏

内存泄漏发生于忘记释放堆内存，这是一个缓慢的，隐性的杀手。如下列代码所示：

void leak(int n){
		int *x = (int*)malloc(n * size(int));
		return;
}

如果经常调用 leak，那么渐渐地，堆里就会充满垃圾，最糟糕情况下，会占用整个虚拟地址空间。对于像守护进程和服务器这样需要长久运行的服务，内存泄漏是特别严重的。

小节

虚拟内存是对内存的抽象。虚拟内存的实现需要硬件和软件共同完成，操作系统提供页表，硬件根据页表将一个虚拟地址翻译为物理地址。

虚拟内存提供以下功能：

在主存中自动缓冲最近使用的存放在磁盘上的虚拟地址空间的内存。
虚拟内存简化了内存管理，进而又简化了链接，在进程间共享数据，进程的内存分配及程序加载。
虚拟内存通过在每条页表条目中加入保护位，从而简化了内存保护。

现代系统通过将虚拟内存和磁盘文件关联起来，来初始化虚拟内存片，这个过程称为内存映射。内存映射为共享数据，创建新的进程以及加载程序提供了一种高效的地址。