为啥在使用 malloc() 和 free() 后，两个内存位置会发生变化？

Posted 2023-02-21

【中文标题】为啥在使用 malloc() 和 free() 后，两个内存位置会发生变化？

【英文标题】：Why might it appear that two memory locations are altered after using malloc() & free()?为什么在使用 malloc() 和 free() 后，两个内存位置会发生变化？

【发布时间】：2014-05-17 11:04:24

【问题描述】：

在下面的代码中，我为几个 int 指针分配内存，设置它们的数据，打印数据信息，然后释放它们。然后，我为一个新的 int 指针分配数据并再次打印所有数据。

我观察到的是，相同的数据被写入内存中的新位置以及先前释放的位置之一。我希望它会写入以前释放的位置之一，但为什么它还要写入新位置？

顺便说一句，我正在使用 MS Visual C++ 2010。

代码如下：

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

int main(int argc, char *argv)

    int *ip;
    int *jp;
    int *xp;

    printf("\n   Memory Allocation Test Bench\n")
    printf("----------------------------------\n");

    ip = malloc(sizeof(*ip));
    jp = malloc(sizeof(void *));

    *ip = 10;
    *jp = 20;

    printf("ip Data: %d, Location: %p\n", *ip, &ip);
    printf("jp Data: %d, Location: %p\n", *jp, &jp);

    free(ip);
    free(jp);

    xp = malloc(sizeof(*xp));

    *xp = 40;

    printf("\nAfter freeing all and setting *xp = 40...\n");
    printf("ip Data: %d, Location: %p\n", *ip, &ip);
    printf("jp Data: %d, Location: %p\n", *jp, &jp);
    printf("xp Data: %d, Location: %p\n", *xp, &xp);

    free(xp);

    printf("\nAfter freeing xp...\n");
    printf("ip Data: %d, Location: %p\n", *ip, &ip);
    printf("jp Data: %d, Location: %p\n", *jp, &jp);
    printf("xp Data: %d, Location: %p\n", *xp, &xp);

    printf("\nPress any key to continue... \n");
    getchar();

    return EXIT_SUCCESS;
 // End of Main

这是我得到的输出，标记显示我在说什么：

您可以看到，当 *xp 设置为 40 时，内存中的两个位置似乎发生了变化。什么可能导致这种情况发生？

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更新

在了解到尝试使用已释放的指针是未定义的行为后，我明白不必解释输出，因为导致它的操作是未定义。考虑到这一点，并根据这个问题的答案：What happens to memory after free()?，被释放的指针仍然指向内存中的一个位置，它们只是不应该用于访问它。这引发了关于Setting variable to NULL after free()? 的争论，以首先防止这个问题。

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谜团解开

非常感谢Matt McNabb 指出 printf 语句没有打印指针指向的内存中的地址，而是打印指针本身的堆栈地址。像这样替换 printf 行：

printf("xp Data: %d, Location: %p\n", *xp, &xp);

这样的行：

printf("xp Data: %d, Location: %p\n", *xp, xp);

生成了这个新的输出，它清楚地表明一切正常。最后一个 malloc() 语句回收了之前释放的内存。而且由于释放的指针仍然技术上指向内存中的一个有效位置，看起来有两个位置同时被更改：

抛开未定义的行为不谈，这种解释至少可以说明发生了什么 - 一个非常简单（和业余）的编码错误。故事的寓意：记下您正在谈论的地址（堆与堆栈），不要尝试使用已释放的指针访问内存。

【问题讨论】：

您的程序中有多个未定义的行为调用。

不存在数据重复。如果您在调试器中遍历代码，单步执行程序集，您可以解释正在发生的事情。但基本事实是，当您释放缓冲区时，不应再次使用它，因为读取不可靠，写入可能会导致严重问题。

而UB之中，逻辑也是错误的。您正在打印的“位置”是局部变量的地址，与从动态分配返回的地址没有任何关系（如前所述，随后释放并取消引用到行程 UB）。在那里传递的值应该是返回的地址，而不是保存这些地址的指针的地址。例如：printf("ip Data: %d, Location: %p\n", *ip, ip); &。

使用freed 的指针是未定义的行为；所有赌注都取消了。

@KurtE.Clothier：您显然不知道“未定义的行为”是对 C 标准的引用，并且一旦您的程序包含 UB，该标准就允许它做任何事情，包括重新格式化硬盘，重新启动计算机等。释放指针后使用指针指向的是 UB。您接受的答案不是一个好答案，因为它忽略了UB。随着您更多地使用 SO，您可能会理解为什么一些老手会这样评论。

【参考方案1】：

没有“两个内存位置被改变”。我猜你说的是输出线：

ip Data: 40, Location: 0012FF60
xp Data: 40, Location: 0012FF3C

但是，您的“位置”不是40 的存储位置；它是指针ip 和xp 的位置（在堆栈上）。要查看存储40 的位置，请输出xp，而不是&xp。

此外，您应该将匹配%p 格式说明符的参数强制转换为(void *)。

尝试打印已释放的指针的值是未定义的行为，更不用说取消引用它了（在这种情况下为ip 或*ip）。要可靠地打印ip，请在free 之前执行此操作。

【讨论】：

在“更新”版本中，您会注意到“匹配”值都位于同一地址，即您多次输出同一地址的内容

您的示例表明，当您free 内存和malloc 更多内存时，新分配的内存可能与之前freed 的内存位于同一位置。