内存引用错误示例答案

【问题标题】：Memory Referencing Bug Example内存引用错误示例
【发布时间】：2017-12-20 20:38:10
【问题描述】：

typedef struct
{
    int a[2];
    double d;
}struct_t;

double fun(int i)
{
    volatile struct_t s;
    s.d = 3.14;
    s.a[i] = 1073741824;
    return s.d;
}

我在学习有关 CSAPP 的课程时遇到了这个例子。解释如下所示。但我仍然无法弄清楚。

【问题讨论】：

想想 int 的 sizeof，double 的 sizeof，以及在这个例子中保证可写的内存。
您的实际问题是什么？你到底有什么不明白的？
double fun(int i) { if (i < 0 || i > 1) {.. handle error ..} ...} 怎么样？
什么让你困惑？解释是混合字节和位。 a[i] 是一个字节，d0, d1... 是位。如果你写一个超出 a[1]，你就超出了范围；您正在分配给 d 的空间中写作。如果你在 a[3] 之外写作，那么你是在一个不属于你的结构的空间中写作。
它告诉您，当您超出数组边界时，您不会总是遇到访问冲突。这种情况也发生在基于堆栈的数组上。只有当您超出堆栈框架/分配的内存时，您才会得到它

标签： c++ c cpu-architecture

【解决方案1】：

让我们看看你的结构在内存中的样子。假设 int 是 4 个字节（因为这是最终行为让我们相信的），这里是：

byte 0,1,2,3: a[0]
byte 4,5,6,7: a[1]
byte 8,9,A,B,C,D,E,F: d

fun(1) 创建此结构，将 d 设置为 3.14 (0x40091EB851EB851F)，然后将 a[i] 设置为 1073741824 (0x40000000)。没有运行时检查来确保a[i] 指向a[2] 内的某个位置，这可能会导致问题（如此处所示）。 0 和 1 不会改变任何东西，因为两者都将分别写入 a[0] 和 a[1]。但是，如果您写信给a[2]，您将与d 占用的空间重叠。通过写入a[2]，您替换了d 的前4 个字节。

请注意，您系统上的大小可能不同，例如int 可能是 2 个字节，但问题的主旨是一样的。

最终，当您到达a[4] 时，d 会返回到 3.14。这是因为你已经完全跨过了d。超出此点的堆栈未分配，因此程序以分段错误终止。

TL;DR：您正在写入与您的替身重叠的内存。

（注意 - 这是一个不做什么的例子。这是未定义的行为，并且不能保证给定系统在这种情况下会做什么。）

【讨论】：

从会计的角度来看，您并没有关闭，而是从 C 标准的角度来看，您调用 Undefined Behavior 试图访问定义范围之外的数组元素。
确实如此。 CSAPP 课程正在访问一个越界数组来演示一个点，并且可能不是旨在鼓励导致未定义行为的代码（至少，我希望如此）。
未定义的行为在 stackOverflow 中通常是不受欢迎的。我认为它有点失控了，这是一个完美的教育示例，只要您添加免责声明，即不同的系统可能会表现出不同的行为，并且解释显示在特定情况下发生了什么
您似乎假设 int 在 OP 的示例中是 2 个字节。显然是 4B，因为 fun(4) 根本不影响 double （它写在结构的末尾）。此外，fun(3) 显着影响了该值，而不仅仅是修改尾数中的一些低位。内存布局图也证实了这一点，a[] 占用的空间与d 一样多。