C++内存重叠

Posted 2023-03-23 聆湖听风

内存重叠是指在内存中存在两个或多个区域，它们的地址范围有交叉部分。在 C++ 中，内存重叠可能会导致程序出现不可预期的行为，因此我们需要了解它的原因和如何避免。

内存重叠的原因

内存重叠的主要原因是指针的使用。当我们使用指针访问内存时，如果指针指向的内存区域与另一个区域有交叉部分，就会产生内存重叠。

如下图，内存拷贝的两种情况：

第一种情况下，拷贝重叠的区域不会出现问题，内容均可以正确地被拷贝。

第二种情况下，问题出现在右边的两个字节，这两个字节的原来的内容首先就被覆盖了，而且没有保存。所以接下来拷贝的时候，拷贝的是已经被覆盖的内容，显然这是有问题的。

举个代码例子，下面的代码片段就会导致内存重叠：

char str[] = "Hello World";
char* p = str + 1;
memcpy(p, str, 11);

在上面的代码中，我们定义了一个字符数组 str，并使用指针 p 指向 str 中的第二个字符。接着，我们使用 memcpy 函数将 str 中的 11 个字符复制到了 p 指向的区域。由于 p 指向的区域与 str 有交叉部分，因此就产生了内存重叠。因为 memcpy 是直接按位复制拷贝，代码如下，所以会遇到情况二，拷贝的是已经被覆盖的内容。

void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t count)

	char *tmp = dest;
	const char *s = src;

	while (count--)
		*tmp++ = *s++;
	return dest;

如何避免内存重叠

为了避免内存重叠，我们需要注意以下几点：

• 尽量避免使用指针，尤其是指针运算和类型转换；
• 在使用指针时，确保指针指向的内存区域与其他区域没有交叉部分；
• 使用安全的内存操作函数，如 memcpy_s、memmove 等，这些函数可以确保在复制内存时不会产生内存重叠。

那 memmove 是怎么避免内存重叠的影响呢，我们看看 memmove 的代码：

void *memmove(void *dest, const void *src, size_t n)

    char *d = dest;
    const char *s = src;

    if (d < s) 
        while (n--)
            *d++ = *s++;
     else 
        // 采用倒序拷贝
        char *lasts = (char *)s + (n - 1);
        char *lastd = d + (n - 1);
        while (n--)
            *lastd-- = *lasts--;
    

    return dest;

memmove 判断如果 dest ≥src 的时候（也就是前面图片的情况2），采用倒序拷贝，避免了内容被覆盖导致拷贝不完整的问题。

其原理图如下：

memcpy 与 strcpy 都没有内存重叠的问题，实际可以根据需要使用 memmove 。

总结

本文介绍了 C++ 中的内存重叠问题，指出了指针的使用是内存重叠的主要原因，并提供了避免内存重叠的方法，如尽量避免使用指针，确保指针指向的内存区域与其他区域没有交叉部分，使用安全的内存操作函数等。此外，还介绍了 memmove 函数如何避免内存重叠的影响。