C - 内存被释放后访问数据？

Question

我读了很多关于标准 C 中的 malloc() 和 free() 的内容。据我了解，您 malloc() 只需要一次内存，然后 free( ) 相同的内存恰好一次。这可能是不好的做法，但我知道在使用 malloc() 内存之后，您可以定义多个指向它的指针。一旦您free()任何这些指针，分配的内存就会被释放？

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;
}

输出是:

[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free()ed，但是数据值( s)我在这 block 内存中写的仍然“在那里”，这就是为什么我可以通过第二个指针访问它们？

(我并不是说这是一个好主意，我只是想理解系统的逻辑。)

Answer 1

当您分配内存时，您将获得一个指向某个空间的指针，当您释放它时，您将其返回给系统。通常，您仍然可以访问该内存，但在释放内存后使用它是非常糟糕的。

确切的行为尚未定义，但在大多数系统上，您可以继续访问内存，或者出现段错误。

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。在我尝试过的大多数系统上，您都会得到相同的 block (如果您依赖于已释放 block 中的数据，这是一个问题)。您的程序最终将使用两个指针，但由于它们指向相同的物理数据，因此您将覆盖您自己的数据!

这样做的原因是，当你malloc数据时(当然取决于malloc的实现)，malloc首先向操作系统请求一 block 数据(通常比malloc请求大得多)，然后malloc会给你一个该内存的片段。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，因为对于操作系统来说，它是您的程序内部使用的所有内存。当您进行释放时，您是在告诉 malloc 系统该内存是空闲的，并且可以稍后返还给程序。

在 malloc 区域之外写入是非常危险的，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，您很可能根本不会出现段错误，并且您可以随心所欲地在任何地方进行写入。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 protected 内存)

如果您有兴趣了解更多信息，您应该尝试编写自己的 malloc，和/或阅读/了解内存管理操作系统。