C程序中常見的與內(nèi)存相關的錯誤及其解決辦法

對C語言入門程序員來說，管理和使用虛擬存儲器可能是個困難的，容易出錯的任務。與存儲器有關的錯誤屬于那些最令人驚恐的錯誤，因為它們經(jīng)常在時間和空間上，都在距錯誤源一段距離之后，才表現(xiàn)出來。

將錯誤的數(shù)據(jù)編寫到錯誤的位置，你的程序可能在最終失敗之前運行了好幾個小時，且使程序中止的位置距離錯誤的位置已經(jīng)很遠了。

1、間接引用壞指針

在進程的虛擬地址空間中有較大的漏洞，沒有映射到任何有意義的數(shù)據(jù)。如果我們試圖間接引用一個指向這些洞的指針，那么操作系統(tǒng)就會以段異常終止我們的程序。

而且，虛擬存儲器的某些區(qū)域是只讀的。試圖寫這些區(qū)域?qū)⒃斐梢员Ｗo異常終止這個程序。

間接引用壞指針的一個常見示例是經(jīng)典的scanf錯誤。假設我們想要使用scanf從stdin讀一個整數(shù)到變量。做這件事情正確的方法是傳遞給scanf一個格式串和變量的地址：

????

然而，對于c語言程序員初學者而言，很容易傳遞val的內(nèi)容，而不是它的地址：

????

在這種情況下，scanf將把val的內(nèi)容解釋為一個地址，并試圖將一個字寫到這個位置。在最好的情況下，程序立即以異常終止。

在最糟糕的情況下，val的內(nèi)容對應于虛擬存儲器的某個合法的讀/寫區(qū)域，于是我們就覆蓋了存儲器，這通常會在相當以后造成災難性的、令人困惑的后果。

2、讀未初始化的存儲器

雖然.bss存儲器位置（諸如未初始化的全局C變量）總是被加載器初始化為零，但是對于堆存儲器卻并不是這樣的。一個常見的錯誤就是假設堆存儲器被初始化為零：

????

在這個示例中，程序員不正確地假設向量y被初始化為零。正確的實現(xiàn)方式是在for循環(huán)時將y[i]設置為零，或使用calloc。

3、允許棧緩沖區(qū)溢出

如果一個程序不檢查輸入串的大小就寫入棧中的目標換成區(qū)，那么這個程序就會有緩沖區(qū)溢出錯誤。例如，下面的函數(shù)就有緩沖區(qū)錯誤，因為gets函數(shù)拷貝一個任意長度的串到緩沖區(qū)。為了糾正這個錯誤，我們必須使用fgets函數(shù)，這個函數(shù)限制了輸入串的大?。?br />


4、假設指針和它們指向的對象是相同大小的

一種常見的錯誤是假設指向?qū)ο蟮闹羔樅退鼈兯赶虻膶ο笫窍嗤笮〉模?br />
????

這里的目的是創(chuàng)建一個由n個指針組成的數(shù)組，每個指針都指向一個包含m個int的數(shù)組。然而，因為程序員將int **A = (int **)malloc(n * sizeof(int));中將sizeof(int)寫成了sizeof(int)，代碼實際創(chuàng)建的是一個int的數(shù)組。這段代碼只有在int和指向int的指針大小相同的機器上運行良好。

但是，如果我們在像Alpha這樣的機器上運行這段代碼，其中指針大于int，那么在for(i = 0; i < n; i++)? A[i] = (int *)malloc(m * sizeof(int));將寫到超過A數(shù)組末端的地方。因為這些字中的一個很可能是分配塊的邊界標記腳部，所以我們可能不會發(fā)現(xiàn)這個錯誤，而沒有任何明顯的原因。

5、造成錯位錯位

錯位錯誤是另一種很常見的覆蓋錯誤發(fā)生的原因：

????

這是前面程序的另一個版本。這里我們創(chuàng)建了一個n個元素的指針數(shù)組，但是隨后試圖初始化這個數(shù)組的n+1個元素，在這個過程中覆蓋了A數(shù)組后面的某個存儲器。

6、引用指針，而不是它所指向的對象

如果我們不太注意C操作符的優(yōu)先級和結(jié)合性，我們就會錯誤地操作指針，而不是期望操作指針所指向的對象。比如，考慮下面的函數(shù)，其目的是刪除一個有*size項的二叉堆里的第一項，然后對剩下的*size-1項重新建堆。

???

*size—目的是減少size指針指向的整數(shù)的值。然而，因為一元—和*運算符優(yōu)先級相同，從右向左結(jié)合，所以代碼實際減少的是指針自己的值，而不是它所指向的整數(shù)的值。

如果幸運的話，程序會立即失敗，但是更有可能發(fā)生的是，當程序在它執(zhí)行過程的很后面產(chǎn)生一個不正確的結(jié)果時，我們只能在那里抓腦袋了。這里的原則是如果你對優(yōu)先級和結(jié)合性有疑問，就使用括號。使用表達式(*size）--。

7、誤解指針運算

另一種常見的錯誤是忘記了指針的算術(shù)操作是以它們指向的對象的大小為單位來進行的，而這種大小單位并不一定是字節(jié)。例如，下面函數(shù)的目的是掃描一個int的數(shù)組，并返回一個指針，指向val的首次出現(xiàn)：



8、引用不存在的變量

沒有太多經(jīng)驗的C程序員不理解棧的規(guī)則，有時會引用不再合法的本地變量，如下列所示：

????

這個函數(shù)返回一個指針，指向棧里的一個局部變量，然后彈出它的棧幀。盡管p仍然指向一個合法的存儲器地址，但是它已經(jīng)不再指向一個合法的變量了。

當以后在程序中調(diào)用其他函數(shù)時，存儲器將重用它們的幀棧。后來，如果程序分配某個值給*p，那么它可能實際正在修改另一個函數(shù)的幀棧中的一個條目，從而帶來潛在地災難性的、令人困惑的后果。

9、引用空閑堆塊中的數(shù)據(jù)

一個相似的錯誤是引用已被釋放了的堆塊中的數(shù)據(jù)。如下面的示例，示例中分配了一個整數(shù)數(shù)組x，之后釋放了塊x，最后又引用了它。



10、引起存儲器泄漏

存儲器泄漏是緩慢、隱形的殺手，當程序員不小心忘記釋放已分配塊，而在堆里創(chuàng)建了垃圾時，會發(fā)生這種問題。例如，下面的函數(shù)分配了一個堆塊x，然后不釋放它就返回。

????

如果leak經(jīng)常被調(diào)用，堆里就會充滿了垃圾，最糟糕的情況下，會占有整個虛擬地址空間。對于像守護進程和服務器這樣的程序來說，存儲器泄漏是特別嚴重的，根據(jù)定義這些程序是不會終止的。

審核編輯：劉清