将数据复制/扫描/读取到未初始化的指针时崩溃或 "segmentation fault"

Question

此问题旨在用作所有常见问题的引用:

当我将数据复制/扫描到未初始化指针指向的地址时，为什么会出现神秘崩溃或“段错误”？

例如:

char* ptr;
strcpy(ptr, "hello world"); // crash here!

或

char* ptr;
scanf("%s", ptr); // crash here!

Answer 1

指针是一种特殊类型的变量，它只能包含另一个变量的地址。它不能包含任何数据。您不能“将数据复制/存储到指针中”——这没有任何意义。您只能将指针设置为指向分配在别处的数据。

这意味着为了使指针有意义，它必须始终指向有效的内存位置。例如，它可以指向在堆栈上分配的内存:

{
  int data = 0;
  int* ptr = &data;
  ...
}

或者在堆上动态分配内存:

int* ptr = malloc(sizeof(int));

在初始化之前使用指针总是一个错误。它尚未指向有效内存。

这些例子都可能导致程序崩溃或其他类型的意外行为，例如“段错误”:

/*** examples of incorrect use of pointers ***/

// 1.
int* bad;
*bad = 42;

// 2.
char* bad;
strcpy(bad, "hello");

相反，您必须确保指针指向(足够)分配的内存:

/*** examples of correct use of pointers ***/

// 1.
int var;
int* good = &var;
*good = 42;

// 2.
char* good = malloc(5 + 1); // allocates memory for 5 characters *and*  the null terminator
strcpy(good, "hello");

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请注意，您还可以将指针设置为指向明确定义的“无处”，方法是让它指向 NULL。这使它成为一个空指针，这是一个保证不会指向任何有效内存的指针。这不同于让指针完全未初始化。

int* p1 = NULL; // pointer to nowhere
int* p2;        // uninitialized pointer, pointer to "anywhere", cannot be used yet

然而，如果您尝试访问空指针指向的内存，您可能会遇到与使用未初始化指针时类似的问题:崩溃或段错误。在最好的情况下，您的系统注意到您正在尝试访问地址 null，然后抛出“空指针异常”。

空指针异常bug的解决方法是一样的:在使用前必须将指针设置为指向有效内存。

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进一步阅读:

指向无效数据的指针
How to access a local variable from a different function using pointers?
Can a local variable's memory be accessed outside its scope?

段错误及原因
What is a segmentation fault?
Why do I get a segmentation fault when writing to a string initialized with "char *s" but not "char s[]"?
What is the difference between char s[] and char *s?
Definitive List of Common Reasons for Segmentation Faults
What is a bus error?