C 程序中常见的与内存有关的错误

C 程序中, 与内存相关的错误经常在距错误源一段距离之后才表现出来: 将错误的数据写到错误额位置, 程序可能在最终失败之前运行了很久, 且使得程序终止的位置距离错误的位置已经很远了

间接引用坏指针

坏指针:
- 指向空洞
  - 在进程的虚拟地址空间中有较大的洞, 没有映射到任何有意义的数据
  - 此时会出现段错误
- 指向只读内存:
  - 由于权限的问题, 会以保护异常中止这个程序
最坏的情况: 我们成功的将数据写入到野指针所指向的位置, 这通常会在相当长的一段时候后造成灾难性的, 令人疑惑的错误

读未初始化的内存

int *matvec(int **A, int *x, int n){
    int i, j;

    int *y = (int *)malloc(n * sizeof(int));

    for (i = 0; i < n; i++){
        for(j = 0; j < n; j++){
            y[i] += A[i][j] * x[j];
        }
    }

    return y;
}

- 在上面这个例子中, 错误的认为分配在对内存中的 y 被初始化为 0, 导致程序出现了预期之外的结果 - 正确的实现方式: 显式的将 y[i] 设置为零, 或使用 calloc

[!note] calloc The calloc () function allocates memory for an array of nmemb elements of size bytes each and returns a pointer to the allocated memory. ** The memory is set to zero. ** If nmemb or size is 0, then calloc () returns either NULL, or a unique pointer value that can later be successfully passed to free (). If the multiplication of nmemb and size would result in integer overflow, then calloc () returns an error. By contrast, an integer overflow would not be detected in the following call to malloc (), with the result that an incorrectly sized block of memory would be allocated: malloc(nmemb * size)

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, 则这个程序可能会有缓冲区溢出错误
```
void bufoverflow(){
    char buf[64];
    gets(buf);
    return;
}
```
在上面这个程序中, 会出现缓冲区溢出错误: gets 函数赋值一个任意长度的串到缓冲区
- 应该使用 fgets 函数, 限制输入串的大小

假设指针和他们指向的对象是相同大小的

int **makeArray1(int n, int m){
    int i;
    int **A = (int **)malloc(n * sizeof(int));

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

- 程序的目的: 创建一个由 n 个指针组成的数组, 每个指针都指向一个包含 m 个 int 的数组. 而在第 3 行中, 将 sizeof(int *) 写成了 sizeof(int), 导致代码实际上创建了一个 int 数组 - 这一段程序在 int 与指针大小一致的机器上将会正常运行, 无法发现错误 - 而若大小不一致, 则出现错误

错位错误

int **makeArray2(int n, int m){
    int i;
    int **A = (int **)malloc(n * sizeof(int *));

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

- 注意第 5 行的循环错误

引用指针, 而不是其所指向的对象

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

- 在上面这段代码的第 4 行中, 由于一元运算符 -- 和 * 的优先级相同, 会从右向左进行结合, 导致实际减少的是 size 指针的值, 而不是想要的 size 指针指向的值

误解指针运算

指针的算数操作是以它们指向的对象的大小为单位来进行的, 这个单位不一定是字节

引用不存在的变量

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

- 上面的函数返回一个指针, 指向栈中的一个局部变量. 即使这个内存地址合法, 但是在函数返回后, val 不再是一个合法的变量, 而是被释放掉 - 在后面的程序中调用其他函数时, 内存将重新分配其栈帧. 若在其他程序中使用了上面函数返回的指针, 则会带来错误

引用空闲堆块中的数据

与上面的错误类似, 引用了一个已经被释放的堆中的数据

引起内存泄漏

程序没有释放分配的内存就返回