动态初始化大型数组时的 Segfault 11

Question

您好，我正在使用 C 来完成学校作业。我不得不道歉，我对像 C 这样的低级语言非常生疏。当我尝试动态初始化一些数组时，当 n>100 时，我的代码给了我 segfault 11。我试图启动 Valgrind 以了解发生了什么，但我不能完全理解调试日志，因为它报告的内存块远小于我打算以较大的 n 值分配的内存块。任何人都可以帮忙看看有什么问题吗？谢谢！

我的代码（当我将 2D 矩阵的每个条目设置为 1 时发生错误）：

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

int n;

typedef struct{
  float x;
  float y;
} Point2D;

float rand_float(){
    return (float)rand()/RAND_MAX;
}
int main(void) {
    srand(time(NULL));
    
    scanf("%d", &n);
    

    int (*adjm)[n][n] = malloc( sizeof(float[n][n])+1 );
    Point2D (*vcoord)[n] = malloc( sizeof(Point2D[n])+1 ); 
    
    // initialize coords
    for (int i = 0; i < n; i++){
        (*vcoord[i]).x  = rand_float();
        (*vcoord[i]).y  = rand_float();
        printf("%d %f %f \n", i, (*vcoord[i]).x, (*vcoord[i]).y);
    }
    for (int x = 0; x < n; x++){
        for (int y = 0; y < n; y++){
             *adjm[x][y] = 1;
        }
    }
    
    // free up memory
    free(*adjm);
    free(*vcoord);
    return 0;

}

当我让 n=200 时，Valgrind 日志的前几行：

==18832== Memcheck, a memory error detector
==18832== Copyright (C) 2002-2017, and GNU GPLd, by Julian Seward et al.
==18832== Using Valgrind-3.13.0 and LibVEX; rerun with -h for copyright info
==18832== Command: ./out
==18832== Parent PID: 1670
==18832==
==18832== Invalid write of size 4
==18832==    at 0x1089F4: main (in /home/usrname/valgrindtest/out)
==18832==  Address 0x5257050 is 1,600 bytes inside a block of size 1,601 alloc'd
==18832==    at 0x4C31B0F: malloc (in /usr/lib/valgrind/vgpreload_memcheck-amd64-linux.so)
==18832==    by 0x1089B8: main (in /home/usrname/valgrindtest/out)
==18832==
==18832== Invalid write of size 4
==18832==    at 0x108A23: main (in /home/usrname/valgrindtest/out)
==18832==  Address 0x5257054 is 3 bytes after a block of size 1,601 alloc'd
==18832==    at 0x4C31B0F: malloc (in /usr/lib/valgrind/vgpreload_memcheck-amd64-linux.so)

Answer 1

在(*vcoord[i]).x = rand_float(); 中：[] 运算符的precedence 比取消引用的* 更高，所以这里需要的是(*vcoord)[i].x。否则，您会将vcoord 视为大小为n 的数组的数组，并使用该数组的ith 元素，这是超出范围的。对于vcoord 和adjm 的所有其他用途也是如此，这需要(*adjm)[i][j]。

这解释了 1600：Point2D 在您的平台上很可能是 8 个字节，所以 Point2D[200] 是 1600 个字节。因此，vcoord[1] 指的是这些 1600 字节数组的数组的元素 1，它位于基地址 vcoord 的偏移 1600 处 - 就在末尾。

其他危害较小的错误：

1. int (*adjm)[n][n] = malloc( sizeof(float[n][n])+1 ); : float 在这里应该是 int，而 +1 没有任何作用。 （可能不是导致崩溃的原因，因为 float 和 int 在大多数常见平台上具有相同的大小。）许多人宁愿通过写 malloc(sizeof(*adjm)) 来避免这种不匹配的可能性。

2. free(*adjm);：malloc分配的指针在变量adjm中，而不是在它指向的数组中。在下一行设置free(adjm); 和free(vcoord);。不过，它实际上不应该有任何影响，因为*adjm 是adjm 指向的数组，并且它会衰减回指向同一地址的指针。

请注意，您在这里选择了一种复杂的代码编写方式。分配像vcoord 这样的一维数组的正常方法是使用，不是指向数组的指针，而是指向相关对象类型的指针，并使用malloc 创建数组以使其指向。所以更典型的写法是

Point2D *vcoord = malloc(n * sizeof(Point2D));  // or (n * sizeof *vcoord)
vcoord[i].x = rand_float();
free(vcoord);

同样，对于二维数组adjm，不要使用指向二维数组的指针，而是使用指向一维数组数组的指针。所以

int (*adjm)[n] = malloc(n * sizeof(int[n]));
// or: (n * sizeof *adjm)
// or even: (n * n * sizeof(int))
adjm[x][y] = 1;
free(adjm);

这避免了对二维数组指针的复杂取消引用，并使语法更加简单。