在堆上分配内存的总线错误

Question

我在这样的代码中有总线错误：

char* mem_original;
int int_var = 987411;
mem_original = new char [250];
memcpy(&mem_original[250-sizeof(int)], &int_var, sizeof(int));
...
const unsigned char* mem_u_const = (unsigned char*)mem_original;
...
const unsigned char *location = mem_u_const + 250 - sizeof(int);

std::cout << "sizeof(int) = " << sizeof(int) << std::endl;//it's printed out as 4
std::cout << "byte 0 = " << int(*location) << std::endl;
std::cout << "byte 1 = " << int(*(location+1)) << std::endl;
std::cout << "byte 2 = " << int(*(location+2)) << std::endl;
std::cout << "byte 3 = " << int(*(location+3)) << std::endl;
int original_var = *((const int*)location);
std::cout << "original_var = " << original_var << std::endl;

几次效果都很好，打印出来：

sizeof(int) = 4
byte 0 = 0
byte 1 = 15
byte 2 = 17
byte 3 = 19
original_var = 987411

然后它失败了：

sizeof(int) = 4
byte 0 = 0
byte 1 = 15
byte 2 = 17
byte 3 = 19
Bus Error

它在 Solaris OS (C++ 5.12) 上构建和运行 Linux (gcc 4.12) 和 Windows (msvc-9.0) 上的相同代码运行良好。

我们可以看到：

1. new[] 在堆上分配了内存。
2. 内存可访问（我们可以逐字节读取）
3. 内存完全包含应有的内容，没有损坏。

那么总线错误的原因可能是什么？我应该去哪里看？

统一更新： 如果我最后 memcpy(...) location 到 original_var，它的工作原理。但是*((const int*)location) 的问题是什么？

Answer 1

对于在具有对齐限制（例如 SPARC）的硬件方面没有经验的开发人员来说，这是一个常见问题。 x86 硬件非常可以容忍未对齐的访问，尽管会影响性能。其他类型的硬件？ SIGBUS.

这行代码：

int original_var = *((const int*)location);

调用未定义的行为。您正在接受unsigned char * 并将其指向的内容解释为int。你不能安全地做到这一点。时期。这是未定义的行为 - 正是您遇到的原因。

您违反了严格的别名规则。请参阅What is the strict aliasing rule? 简而言之，您不能将一种类型的对象称为另一种类型。 char * 没有也不能引用 int。

Oracle 的 Solaris Studio 编译器实际上提供了一个命令行参数，可以让您摆脱在 SPARC 硬件上的问题 - -xmemalign=1i（请参阅 https://docs.oracle.com/cd/E19205-01/819-5265/bjavc/index.html）。尽管对 GCC 公平，如果没有该选项，您在代码中执行的强制操作仍将在 Studio 编译器下 SIGBUS。

或者，正如您已经指出的那样，您可以使用memcpy() 来复制字节，无论它们是什么 - 只要您知道源对象可以安全地复制到目标对象中 - 是的，有些情况当那不为真时。

Answer 2

我在编译您的代码时收到以下警告：

main.cpp:19:26: warning: cast from 'const unsigned char *' to 'const int *' increases required alignment from 1 to 4 [-Wcast-align]
    int original_var = *((const int*)location);
                         ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

这似乎是总线错误的原因，因为improperly aligned access can cause a bus error。

Answer 3

虽然我现在无法访问 SPARC 来测试这个，但根据我在那个平台上的经验，我很确定这条线是你的问题：

const unsigned char *location = mem_u_const + 250 - sizeof(int);

mem_u_const 块最初由new 分配用于字符数组。由于 sizeof(unsigned char) 是 1 而 sizeof(int) 是 4，因此您要添加 246 个字节。这不是 4 的倍数。

在 SPARC 上，CPU 只能读取与 4 字节边界对齐的 4 字节字。您尝试读取未对齐的单词是导致总线错误的原因。

我建议分配一个 struct 和一个 unsigned char 数组，后跟一个 int，而不是像导致此错误的那样使用一堆指针数学和强制转换。