内存访问越界

1. 原理分析

经常有些新C＋＋程序员问：C＋＋的类的成员个数是不是有限制，为什么我加一个变量后程序就死了？或者说：是不是成员变量的顺序很重要，为什么我两个成员变量顺序换一换程序就不行了？凡此种种之怪现象，往往都是内存访问越界所致。

何谓内存访问越界，简单的说，你向系统申请了一块内存，在使用这块内存的时候，超出了你申请的范围。例如，你明明申请的是100字节的空间，但是你由于某种原因写入了120字节，这就是内存访问越界。内存访问越界的后果是：你的写入破坏了本不属于你的空间。

下面是一个简单的例子：

int a;

char b[16]="abcd";

int c;

a = 1;

c = 2;

printf("a=%d,c=%d\n", a,c);

memset(b, 0,32); //注意这里访问越界了，你只有16字节空间，却修改了32字节

printf("a=%d,c=%d\n", a,c);

 

你可以看出，在memset前后，两个printf语句打印出来的值并不一样，因为memset越界后修改了a或者c的值（由于不同编译器对变量在空间中顺序的安排可能有不同策略，因此我用两个变量，希望能抓到越界信息。对于VC，debug模式下系统添加了很多填充字节，你可能需要增加越界的数量才能看到效果）

 

2. 为什么增加一个变量后程序就崩溃了？

增加一个变量后，内存中变量的布局也发生了变化。如果一个内存越界破坏了一个不含指针的结构，程序虽然逻辑不对，但是不至于崩溃。但是如果增加变量后，内存访问越界破坏了一个指针，则会导致程序崩溃。

例如：

 

int a;

char b[128];

//bool c;

char* d=new char[128];

int e;

b[136] = '\0';

b[137] = '\0';

b[138] = '\0';

b[139] = '\0';

strcpy(d, "haha");

注意, b访问越界了8个字节位置处的4个字节。如果没有c，那么越界破坏了e变量，不会导致程序崩溃。但是加上c之后，破坏的变量可能就是d了，由于指针被破坏后，一旦访问就是内存访问违例，导致程序崩溃。

 

这也解释了为什么交换顺序会导致程序崩溃。如果上面情况没有变量c，你交换e和d，结构也是类似的，程序也一样要崩溃。

3. 为什么有些情况越界了程序也没错？

这主要是说这个话的人对什么是“错”没有正确的认识。程序不是只有崩溃了才是错！你破坏了别的变量，那个变量总有被使用的时候，尽管那个变量不会导致诸如程序崩溃、报警之类的严重错误，但是其计算结果必然是错误的。你说“程序没错”，是因为你根本没有发现错误而已。这种情况甚至比程序直接崩溃还要恶劣，因为程序一旦崩溃你肯定会去查，可以在导致真正严重的问题之前就把问题解决了。而如果计算错误隐藏到很晚，你的损失就可能很大了。（例如，一颗卫星上天了，你才发现一台仪器由于软件故障无法测量真正的数据，那得多少损失？）

4. 如何解决内存访问越界问题？

老实说没有好的方法。遇到这种问题，首先你得找到哪里有内存访问越界，而一个比较麻烦得问题在于，出现错误得地方往往不是真正内存越界得地方。对于内存访问越界，往往需要进行仔细得代码走查、单步跟踪并观察变量以及在调试环境得帮助下对变量进行写入跟踪（如VC6就有一旦变量被修改就break得机制）。

 

更重要得是，程序员要养成良好的编程习惯，在修改每个数组时一定要对这个数组有多少空间有清醒的认识，否则一旦出错，找到原因是很痛苦的事情。