国产视频久久精品视频,亚洲性日韩精品一区二区三区

大家好，我是雜燴君。

C 語言內(nèi)存問題，難在于定位，定位到了就好解決了。

這篇筆記我們來聊聊踩內(nèi)存。踩內(nèi)存，通過字面理解即可。本來是操作這一塊內(nèi)存，因為設(shè)計失誤操作到了相鄰內(nèi)存，篡改了相鄰內(nèi)存的數(shù)據(jù)。

踩內(nèi)存，輕則導(dǎo)致功能異常，重則導(dǎo)致程序崩潰死機。

內(nèi)存，粗略地分：

靜態(tài)存儲區(qū)
動態(tài)存儲區(qū)

存儲于相同存儲區(qū)的變量才有互踩內(nèi)存的可能。

靜態(tài)存儲區(qū)踩內(nèi)存

分享一個之前在實際項目中遇到的問題。

在Linux中，一個進程默認可以打開的文件數(shù)為1024個，fd的范圍為0~1023。

項目中使用了串口，串口fd為static全局變量，某次這個fd突然變?yōu)橐粋€超范圍得值，顯然被踩了。

出問題的代碼如：

float arr[5];
int count = 8;
for (size_t i = 0; i < count; i++)
{
    arr[i] = xxx;
}

操作同屬于靜態(tài)存儲區(qū)的arr數(shù)組出現(xiàn)了數(shù)組越界操作，踩了后面幾個連續(xù)變量，fd也踩了。

實際中，純靠log打印調(diào)試很難定位fd的相鄰變量，需要花比較多的時間。

在Linux中，這個問題我們可以通過生成生成map文件來查看，在CMakeLists.txt中生成map文件的代碼如：

set(CMAKE_EXE_LINKER_FLAGS "-Wl,-Map=output.map")  # 生成map文件
set(CMAKE_C_FLAGS "-fdata-sections")               # 把static變量地址輸出到map文件
set(CMAKE_CXX_FLAGS "-fdata-sections")

動態(tài)存儲區(qū)踩內(nèi)存

動態(tài)堆內(nèi)存踩內(nèi)存典型例子：malloc與strcpy搭配使用不當導(dǎo)致緩沖區(qū)溢出。

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

int main (void)
{
    char *str = "hello";
    int str_len = strlen(str);

    ///< 此時str_len = 5
    printf("str_len = %d\\n", str_len);

    ///< 申請5字節(jié)的堆內(nèi)存
    char *ptr = (char*)malloc(str_len);
    if (NULL == ptr)
    {
        printf("malloc error\\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    ///< 定義一個指針p_a指向ptr向后偏移5字節(jié)的地址, 并在這個地址里寫入整數(shù)20
    char *p_a = ptr + 5;
    *p_a = 20;
    printf("*p_a = %d\\n", *p_a);

    ///< 拷貝字符串str到ptr指向的地址
    strcpy(ptr, str);

    ///< 打印結(jié)果：a指向的地方被踩了
    printf("ptr = %s\\n", ptr);
    printf("*p_a = %d\\n", *p_a);

    ///< 釋放對應(yīng)內(nèi)存
    if (ptr)
    {
        free(ptr);
        ptr = NULL;
    }

    return 0;
}

運行結(jié)果：

顯然，經(jīng)過strcpy操作之后，數(shù)據(jù)a的值被篡改了。

原因：忽略了strcpy操作會把字符串結(jié)束符一同拷貝到目的緩沖區(qū)。

如果相鄰的空間里沒有存放其它業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，那么踩了也不會出現(xiàn)問題，如果正好存放了重要數(shù)據(jù)，這時候可能會出現(xiàn)大bug，而且可能是偶現(xiàn)的，不好復(fù)現(xiàn)定位。

針對這種情況，我們可以借助一些工具來定位問題，比如：

dmalloc
valgrind

valgrind的簡單使用可閱讀往期筆記：工具 | Valgrind仿真調(diào)試工具的使用

當然，我們也可以在我們的代碼里進行一些嘗試。針對這類問題，分享一個檢測思路：

我們在申請內(nèi)存時，在申請內(nèi)存的前后增加兩塊標識區(qū)（紅區(qū)），里面寫入固定數(shù)據(jù)。申請、釋放內(nèi)存的時候去檢測這兩塊標識區(qū)有沒有被破壞（檢測操作堆內(nèi)存時是否踩到高壓紅區(qū)）。

為了能定位到后面的標識區(qū)，在增加一塊len區(qū)用來存儲實際申請的空間的長度。

此處，我們定義：

前紅區(qū)（before_ red_area）：4字節(jié)。寫入固定數(shù)據(jù)0x11223344。
后紅區(qū)（after_ red_area）：4字節(jié)。寫入固定數(shù)據(jù)0x55667788。
長度區(qū)（len_area）：4字節(jié)。存儲數(shù)據(jù)存儲區(qū)的長度。

自定義申請內(nèi)存函數(shù)

除了數(shù)據(jù)存儲區(qū)之外，多申請12個字節(jié)。自定義申請內(nèi)存的函數(shù)自然是要兼容malloc的使用方法。malloc原型：

void *malloc(size_t __size);

自定義申請內(nèi)存的函數(shù)：

void *Malloc(size_t __size);

返回值自然要返回數(shù)據(jù)存儲區(qū)的地址。具體實現(xiàn)：

#define BEFORE_RED_AREA_LEN  (4)            ///< 前紅區(qū)長度
#define AFTER_RED_AREA_LEN   (4)            ///< 后紅區(qū)長度
#define LEN_AREA_LEN         (4)            ///< 長度區(qū)長度

#define BEFORE_RED_AREA_DATA (0x11223344u)  ///< 前紅區(qū)數(shù)據(jù)
#define AFTER_RED_AREA_DATA  (0x55667788u)  ///< 后紅區(qū)數(shù)據(jù)

void *Malloc(size_t __size)
{
    ///< 申請內(nèi)存：4 + 4 + __size + 4
    void *ptr = malloc(BEFORE_RED_AREA_LEN + AFTER_RED_AREA_LEN + __size + LEN_AREA_LEN);
    if (NULL == ptr)
    {
        printf("[%s]malloc error\\n", __FUNCTION__);
        return NULL;
    }

    ///< 往前紅區(qū)地址寫入固定值
    *((unsigned int*)(ptr)) = BEFORE_RED_AREA_DATA;     

    ///< 往長度區(qū)地址寫入長度     
    *((unsigned int*)(ptr + BEFORE_RED_AREA_LEN)) = __size;  

    ///< 往后紅區(qū)地址寫入固定值
    *((unsigned int*)(ptr + BEFORE_RED_AREA_LEN + LEN_AREA_LEN + __size)) = AFTER_RED_AREA_DATA;  

    ///< 返回數(shù)據(jù)區(qū)地址
    void *data_area_ptr = (ptr + BEFORE_RED_AREA_LEN + LEN_AREA_LEN);
    return data_area_ptr;
}

自定義檢測內(nèi)存函數(shù)

申請完內(nèi)存并往內(nèi)存里寫入數(shù)據(jù)后，檢測本該寫入到數(shù)據(jù)存儲區(qū)的數(shù)據(jù)有沒有寫到紅區(qū)。這種內(nèi)存檢測方法我們是用在開發(fā)調(diào)試階段的，所以檢測內(nèi)存，我們可以使用斷言，一旦觸發(fā)斷言，直接終止程序報錯。

檢測前后紅區(qū)里的數(shù)據(jù)有沒有被踩：

void CheckMem(void *ptr, size_t __size)
{
    void *data_area_ptr = ptr;

    ///< 檢測是否踩了前紅區(qū)
    printf("[%s]before_red_area_data = 0x%x\\n", __FUNCTION__, *((unsigned int*)(data_area_ptr - LEN_AREA_LEN - BEFORE_RED_AREA_LEN)));
    assert(*((unsigned int*)(data_area_ptr - LEN_AREA_LEN - BEFORE_RED_AREA_LEN)) == BEFORE_RED_AREA_DATA);

    ///< 檢測是否踩了長度區(qū)
    printf("[%s]len_area_data = 0x%x\\n", __FUNCTION__, *((unsigned int*)(data_area_ptr - LEN_AREA_LEN)));
    assert(*((unsigned int*)(data_area_ptr - LEN_AREA_LEN)) == __size); 

    ///< 檢測是否踩了后紅區(qū)
    printf("[%s]after_red_area_data = 0x%x\\n", __FUNCTION__, *((unsigned int*)(data_area_ptr + __size)));
    assert(*((unsigned int*)(data_area_ptr + __size)) == AFTER_RED_AREA_DATA); 
}

自定義釋放內(nèi)存函數(shù)

要釋放所有前面申請內(nèi)存。釋放前同樣要進行檢測：

void Free(void *ptr)
{
    void *all_area_ptr = ptr - LEN_AREA_LEN - BEFORE_RED_AREA_LEN;

    ///< 檢測是否踩了前紅區(qū)
    printf("[%s]before_red_area_data = 0x%x\\n", __FUNCTION__, *((unsigned int*)(all_area_ptr)));
    assert(*((unsigned int*)(all_area_ptr)) == BEFORE_RED_AREA_DATA);

    ///< 讀取長度區(qū)內(nèi)容
    size_t __size = *((unsigned int*)(all_area_ptr + BEFORE_RED_AREA_LEN));

    ///< 檢測是否踩了后紅區(qū)
    printf("[%s]before_red_area_data = 0x%x\\n", __FUNCTION__, *((unsigned int*)(all_area_ptr + BEFORE_RED_AREA_LEN + LEN_AREA_LEN + __size)));
    assert(*((unsigned int*)(all_area_ptr + BEFORE_RED_AREA_LEN + LEN_AREA_LEN + __size)) == AFTER_RED_AREA_DATA);

    ///< 釋放所有區(qū)域內(nèi)存
    free(all_area_ptr);
}

我們使用這種方法檢測上面的 malloc與strcpy搭配使用不當導(dǎo)致緩沖區(qū)溢出 的例子：

可以看到，這個例子踩了后紅區(qū)，把后紅區(qū)數(shù)據(jù)修改為了 0x55667700 ，觸發(fā)斷言程序終止。

測試代碼：

// 公眾號：嵌入式大雜燴
#include < stdio.h >
#include < stdlib.h >
#include < unistd.h >
#include < string.h >
#include < assert.h >

#define BEFORE_RED_AREA_LEN  (4)            ///< 前紅區(qū)長度
#define AFTER_RED_AREA_LEN   (4)            ///< 后紅區(qū)長度
#define LEN_AREA_LEN         (4)            ///< 長度區(qū)長度

#define BEFORE_RED_AREA_DATA (0x11223344u)  ///< 前紅區(qū)數(shù)據(jù)
#define AFTER_RED_AREA_DATA  (0x55667788u)  ///< 后紅區(qū)數(shù)據(jù)

void *Malloc(size_t __size)
{
    ///< 申請內(nèi)存：4 + 4 + __size + 4
    void *ptr = malloc(BEFORE_RED_AREA_LEN + AFTER_RED_AREA_LEN + __size + LEN_AREA_LEN);
    if (NULL == ptr)
    {
        printf("[%s]malloc error\\n", __FUNCTION__);
        return NULL;
    }

    ///< 往前紅區(qū)地址寫入固定值
    *((unsigned int*)(ptr)) = BEFORE_RED_AREA_DATA;     

    ///< 往長度區(qū)地址寫入長度     
    *((unsigned int*)(ptr + BEFORE_RED_AREA_LEN)) = __size;  

    ///< 往后紅區(qū)地址寫入固定值
    *((unsigned int*)(ptr + BEFORE_RED_AREA_LEN + LEN_AREA_LEN + __size)) = AFTER_RED_AREA_DATA;  

    ///< 返回數(shù)據(jù)區(qū)地址
    void *data_area_ptr = (ptr + BEFORE_RED_AREA_LEN + LEN_AREA_LEN);
    return data_area_ptr;
}

void CheckMem(void *ptr, size_t __size)
{
    void *data_area_ptr = ptr;

    ///< 檢測是否踩了前紅區(qū)
    printf("[%s]before_red_area_data = 0x%x\\n", __FUNCTION__, *((unsigned int*)(data_area_ptr - LEN_AREA_LEN - BEFORE_RED_AREA_LEN)));
    assert(*((unsigned int*)(data_area_ptr - LEN_AREA_LEN - BEFORE_RED_AREA_LEN)) == BEFORE_RED_AREA_DATA);

    ///< 檢測是否踩了長度區(qū)
    printf("[%s]len_area_data = 0x%x\\n", __FUNCTION__, *((unsigned int*)(data_area_ptr - LEN_AREA_LEN)));
    assert(*((unsigned int*)(data_area_ptr - LEN_AREA_LEN)) == __size); 

    ///< 檢測是否踩了后紅區(qū)
    printf("[%s]after_red_area_data = 0x%x\\n", __FUNCTION__, *((unsigned int*)(data_area_ptr + __size)));
    assert(*((unsigned int*)(data_area_ptr + __size)) == AFTER_RED_AREA_DATA); 
}

void Free(void *ptr)
{
    void *all_area_ptr = ptr - LEN_AREA_LEN - BEFORE_RED_AREA_LEN;

    ///< 檢測是否踩了前紅區(qū)
    printf("[%s]before_red_area_data = 0x%x\\n", __FUNCTION__, *((unsigned int*)(all_area_ptr)));
    assert(*((unsigned int*)(all_area_ptr)) == BEFORE_RED_AREA_DATA);

    ///< 讀取長度區(qū)內(nèi)容
    size_t __size = *((unsigned int*)(all_area_ptr + BEFORE_RED_AREA_LEN));

    ///< 檢測是否踩了后紅區(qū)
    printf("[%s]before_red_area_data = 0x%x\\n", __FUNCTION__, *((unsigned int*)(all_area_ptr + BEFORE_RED_AREA_LEN + LEN_AREA_LEN + __size)));
    assert(*((unsigned int*)(all_area_ptr + BEFORE_RED_AREA_LEN + LEN_AREA_LEN + __size)) == AFTER_RED_AREA_DATA);

    ///< 釋放所有區(qū)域內(nèi)存
    free(all_area_ptr);
}

int main (void)
{
    char *str = "hello";
    int str_len = strlen(str);

    ///< 此時str_len = 5
    printf("str_len = %d\\n", str_len);

    ///< 申請5字節(jié)的堆內(nèi)存
    char *ptr = (char*)Malloc(str_len);    ///< 自定義的Malloc
    if (NULL == ptr)
    {
        printf("malloc error\\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    ///< 定義一個指針p_a指向ptr向后偏移5字節(jié)的地址, 并在這個地址里寫入整數(shù)20
    char *p_a = ptr + 5;
    *p_a = 20;
    printf("*p_a = %d\\n", *p_a);

    ///< 拷貝字符串str到ptr指向的地址
    strcpy(ptr, str);

    ///< 操作完堆內(nèi)存之后，要檢測寫入操作有沒有踩到紅區(qū)
    CheckMem(ptr, str_len);

    ///< 打印結(jié)果：a指向的地方被踩了
    printf("ptr = %s\\n", ptr);
    printf("*p_a = %d\\n", *p_a);

    ///< 釋放對應(yīng)內(nèi)存
    if (ptr)
    {
        Free(ptr);
        ptr = NULL;
    }

    return 0;
}

沒有踩內(nèi)存的情況：

本例只是簡單分享了檢測堆內(nèi)存踩數(shù)據(jù)的一種檢測思路，例子代碼不具備通用性。比如，萬一踩的內(nèi)存不只是相鄰的幾個字節(jié)，而是踩了相鄰的一大片，這時候就跨過了紅區(qū)，而不是踩在紅區(qū)上。

紅區(qū)大小由我們自己設(shè)定，我們可以設(shè)得大些。如果設(shè)得很大了都能跨過，這種情況bug應(yīng)該就比較好復(fù)現(xiàn)也比較好定位?？创a應(yīng)該就比較容易定位了，比較難定位的往往是那種踩了一小塊的。

聲明：本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用，如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題，請聯(lián)系本站處理。舉報投訴