C - 在内存释放后访问数据（）？

Question

我在标准 C 中阅读了很多关于 malloc() 和 free() 的内容。据我了解，您

malloc()

一次内存，然后您

free()

一次相同的内存。这可能是不好的做法，但我知道在你

malloc()

记忆之后，你可以定义多个指向它的指针。一旦你

free()

这些指针中的任何一个，分配的内存就会被取消分配？

考虑这个玩具示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main(){

    char* p = (char*)malloc(10 * sizeof(char));     // allocate memory
    int* q = (int*)p;                               // pointer to the same block of memory
    *p = 'A';                                       // Input some data
    printf("TEST::  %c %d\n", *p, *q);              // Everything's ok so far...
    free(p);                                        // free() my allocated memory?
    sleep(10);                                      // wait
    printf("%c\n", *q);                             // q now points to de-allocated memory
                                                    // shouldn't this segfault?

    free(q);                                        // *** SEGFAULTS HERE ***

    return 0;
}

输出为：

[Linux]$ ./a.out
TEST::  A 65

*** Error in `./a.out': double free or corruption (fasttop): 0x0000000001ac4010 ***
======= Backtrace: =========
...lots of backtrack info...

所以我假设当我

free()

第一个指针时，内存被认为是

free()

ed，但是我在这个内存块中写入的数据值（s）仍然“在那里”，这就是为什么我可以通过第二个指针访问它们吗？

（我并不是说这是个好主意，我只是想了解系统的逻辑。）

Answer 1

当你 malloc 内存时，你会得到一个指向某个空间的指针，当你释放它时，你会把它还给系统。通常，你仍然可以访问这个内存，但是在你释放它之后使用内存是非常糟糕的。

确切的行为是未定义的，但在大多数系统上，您可以继续访问内存，或者您会遇到段错误。

您可以尝试的一个有趣的实验是在释放该指针后尝试分配更多内存。在我试过的大多数系统上，你会得到相同的块（这是一个问题，如果你依赖于释放块中的数据）。您的程序最终会使用两个指针，但由于它们指向相同的物理数据，您将覆盖自己的数据！

这样做的原因是当你malloc数据的时候（当然取决于malloc的实现），malloc首先向操作系统请求一块数据（通常比malloc请求大很多），malloc会给你一段那段记忆不过，您将能够访问最初从操作系统获得的内存 malloc 的任何部分，因为对于操作系统而言，这是您的程序在内部使用的所有内存。当您释放时，您是在告诉 malloc 系统内存是空闲的，稍后可以将其还给程序。

在 malloc 区域之外写是非常危险的，因为

1. 它可能会出现段错误，具体取决于您的 c 实现
2. 您可以覆盖 malloc 所依赖的元数据结构，这会在您稍后释放/malloc 更多数据时导致非常糟糕的问题

如果您有兴趣了解更多信息，我建议您通过泄漏检测器 valgrind 运行您的程序，以更好地了解已释放/未释放的内容。

PS：在没有操作系统的系统上，您很可能根本不会遇到段错误，并且您可以随意写入任何地方。操作系统负责触发段错误（当您写入/读取您无权访问的内存时，例如内核或受保护的内存）

如果你有兴趣了解更多，你应该尝试编写自己的 malloc，和/或阅读/了解内存管理操作系统。

Answer 2

您的代码崩溃是由于双重

free

。 C11 的附录 J.2 表示行为未定义，例如：

free 或 realloc 函数的指针参数与内存管理函数先前返回的指针不匹配，或者空间已通过调用 free 或 realloc (7.22.3.3, 7.22.3.5) 释放。

但是，仅通过从刚刚释放的内存中读取一个值，就可以编写在 Linux 上崩溃的代码。

在 glibc + Linux 中有两种不同的内存分配机制。一个使用

brk

/

sbrk

调整数据段的大小，另一个使用

mmap

系统调用要求操作系统提供大块内存。前者用于小分配，如上面的 10 个字符，

mmap

用于大块。所以你可能会在 free 之后访问内存而导致崩溃：

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

int main(){
    char* p = malloc(1024 * 1024);
    printf("%d\n", *p);
    free(p);
    printf("%d\n", *p);
}

最后，C11 标准说即使当

指向通过调用 free 或 realloc 函数释放的空间的指针的值被使用（7.22.3）。

这意味着不仅在取消引用指针（

*p

）具有未定义的行为，而且以任何其他方式use指针是不安全的，即使做

p == NULL

也有UB .这是从 C11 6.2.4p2 说的：

当指针指向（或刚过去）的对象达到其生命周期的终点时，指针的值变得不确定。