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内存调试技巧:C 语言最大难点揭秘

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C 和 C 程序中的内存错误非常有害:它们很常见,并且可能导致严重的后果。来自计算机应急响应小组。

作者:Cameron Laird 来源:论坛整理 2007年10月27日

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清单 4. 两个错误的内存释放

以下是引用片段:
/* Allocate once, free twice. */
void f3()
{
    char *p;

    p = malloc(10);
     ...
            free(p);
     ...
            free(p);
        }

        /* Allocate zero times, free once. */
void f4()
{
    char *p;

                /* Note that p remains uninitialized here. */
    free(p);
}

  这些错误通常也不太严重。尽管 C 标准在这些情形中没有定义具体行为,但典型的实现将忽略错误,或者快速而明确地对它们进行标记;总之,这些都是安全情形。

      悬空指针

  悬空指针比较棘手。当程序员在内存资源释放后使用资源时会发生悬空指针(请参见清单 5):

      清单 5. 悬空指针

以下是引用片段:
void f8()
       {
   struct x *xp;

   xp = (struct x *) malloc(sizeof (struct x));
   xp.q = 13;
   ...
   free(xp);
   ...
       /* Problem!  There's no guarantee that
  the memory block to which xp points
  hasn't been overwritten. */
   return xp.q;
       }

  传统的“调试”难以隔离悬空指针。由于下面两个明显原因,它们很难再现:

  即使影响提前释放内存范围的代码已本地化,内存的使用仍然可能取决于应用程序甚至(在极端情况下)不同进程中的其他执行位置。

  悬空指针可能发生在以微妙方式使用内存的代码中。结果是,即使内存在释放后立即被覆盖,并且新指向的值不同于预期值,也很难识别出新值是错误值。悬空指针不断威胁着 C 或 C++ 程序的运行状态。

      数组边界违规

  数组边界违规十分危险,它是内存错误管理的最后一个主要类别。回头看一下清单 1;如果 explanation的长度超过 80,则会发生什么情况?回答:难以预料,但是它可能与良好情形相差甚远。特别是,C 复制一个字符串,该字符串不适于为它分配的 100 个字符。在任何常规实现中,“超过的”字符会覆盖内存中的其他数据。内存中数据分配的布局非常复杂并且难以再现,所以任何症状都不可能追溯到源代码级别的具体错误。这些错误通常会导致数百万美元的损失。

      内存编程的策略

  勤奋和自律可以让这些错误造成的影响降至最低限度。下面我们介绍一下您可以采用的几个特定步骤;我在各种组织中处理它们的经验是,至少可以按一定的数量级持续减少内存错误。

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