分段错误 - 为什么以及如何工作？答案

【问题标题】：Segmentation fault - why and how does it work?分段错误 - 为什么以及如何工作？
【发布时间】：2013-12-19 22:51:07
【问题描述】：

在下面定义的两个函数中，它都尝试在堆栈中分配 10M 的内存。但是分段错误只发生在第二种情况而不是第一种情况下，我试图理解为什么会这样。

函数定义1：

a(int *i)
{
    char iptr[50000000]; 
    *i = 1;
}

函数定义2：

a()
{
    char c;
    char iptr[5000000];

    printf("&c     = 0x%lx, iptr = 0x%x  ...  ", &c, iptr);
    fflush(stdout); 
    c = iptr[0]; 
    printf("ok\n");
}

根据我的理解，如果局部变量未动态分配内存，则存储在程序的堆栈部分中。所以我想，在编译期间，编译器本身会检查变量是否适合堆栈。

因此，如果上述情况属实，那么在这两种情况下都应该发生分段错误（即在情况 1 中也是如此）。

我从中选择的网站 (http://web.eecs.utk.edu/courses/spring2012/cs360/360/notes/Memory/lecture.html) 指出，当代码尝试将 iptr 压入堆栈以进行 printf 调用时，段错误发生在 a 的函数 2 中。这是因为堆栈指针指向 void。 如果我们没有在堆栈指针处引用任何东西，我们的程序应该可以运行。

我需要帮助来理解最后的陈述以及我之前对此的疑问。

【问题讨论】：

你确定iptr 在第一种情况下没有被优化吗？你不使用它......关于“我们没有在堆栈指针上引用任何东西”的陈述只是说在堆栈上分配大量内存可能不会导致崩溃（因为“分配”通常包括只是将堆栈指针增加分配大小），但尝试使用堆栈会导致崩溃，因为它超过了实际保留堆栈空间的末尾。
编译器可以随意放置变量，但不能保证局部变量不会被隐式堆分配。唯一的要求是编译器清理它们。
我在Error accessing pointers when succesfully allocated array is too big中解释过，基本上它会调整堆栈指针，但如果它没有实际尝试使用它没有问题。
@ShafikYaghmour：感谢您指出这一点。但是这种变量到堆栈的映射是在编译时完成的，在这两种情况下都应该发生段错误，对吗？？即使在第一种情况下没有访问试验但仍然完成映射......
@AadityaGavandalkar 在堆栈上至少为gcc 分配x86 将只是堆栈指针的sub，它不需要越界内存访问。这当然取决于具体的实现，但它很可能解释了您所看到的行为，但在不同平台上的工作方式可能不同，而且这不是您应该回复的行为。

标签： c++ c memory-management segmentation-fault

【解决方案1】：

我很惊讶没有人注意到第一个函数分配的空间是第二个函数的 10 倍。第一个函数的 5 后有七个零，而第二个函数的 5 后有六个零:-)

我用 gcc-4.6.3 编译它并在第一个函数上出现分段错误，但在第二个函数上没有。在我删除第一个函数中的附加零后，段错误消失了。在第二个函数中添加零引入了段错误。所以至少在我的情况下，这个段错误的原因是程序无法在堆栈上分配所需的空间。我很高兴听到与上述不同的观察结果。

【讨论】：

【解决方案2】：

printf 格式字符串假定指针、整数 (%x) 和长整数 (%lx) 大小相同；这在您的平台上可能是错误的，导致未定义的行为。请改用%p。我打算对此发表评论，但现在还不能。

【讨论】：

【解决方案3】：

所以我想，在编译期间，编译器会检查变量是否适合堆栈。

不，那是不可能的。编译函数时，编译器不知道调用该函数时的调用堆栈是什么，因此它会假设您知道自己在做什么（可能是也可能不是）。另请注意，堆栈空间量可能会受到编译时间和运行时限制的影响（在 Linux 中，您可以在启动进程的 shell 上使用 ulimit 设置堆栈大小）。

我需要帮助来理解最后的陈述以及我之前对此的疑问。

我不会尝试过多地研究该声明，它不是标准，而是基于特定实现的知识，甚至没有在那里描述，因此建立在一些假设之上不一定是真的。

它假定分配数组的行为不会“触及”分配的内存（在某些实现中的某些调试版本中这是错误的），因此如果数据未被触及，您是否尝试分配 1 字节或 100M你的程序分配是 fine -- 这不一定是这样。

它还假设函数printf 的参数在堆栈中传递（由于函数的可变参数性质，我知道的所有实现中实际上都是这种情况）。使用前面的假设，数组会溢出堆栈（假设堆栈printf，参数的值将被推送到堆栈超出数组。这将写入到内存，并且写入将超出为堆栈分配的空间并崩溃。

同样，所有这些都是实现，不是由语言定义的。

【讨论】：

感谢您的回答。您和 Shafik 的意见帮助我更好地理解。

【解决方案4】：

您的代码中的错误是由以下代码引发的：

; Find next lower page and probe
cs20:
        sub     eax, _PAGESIZE_         ; decrease by PAGESIZE
        test    dword ptr [eax],eax     ; probe page. "**This line throws the error**"
        jmp     short cs10

_chkstk endp

        end

来自 chkstk.asm 文件，该文件提供对过程入口的堆栈检查。而这个文件明确定义：

_PAGESIZE_      equ     1000h

现在作为对您的问题的解释 This Question 告诉您所需要的一切：Shafik Yaghmour

【讨论】：