C++ - 检查指针是否指向有效内存（此处不能使用 NULL 检查）

Question

我正在创建脚本语言。 当我分配东西时，它分配了东西并返回地址 然后我用它做任何事情然后删除它。我无法控制其中的变量 就像在我的 lang 中创建结构（使用指针和 bool 来检查指针是否指向有效数据的结构）等等，因为它会使我的 lang 在 RAM 中变得更慢和更大。

例如：（我的脚本语言很容易理解。我怀疑你不会明白，但我还是会在里面放一些cmets）

MyStruct = { //Function. For create object with it use 'new' before it.
    TestAliveVar=0
}
Func = { //I'll explain what exactly this function does every place it runs.
    if (!exists(arg0)) //C++: ???
        exit;
    arg0.TestAliveVar=1
    println "Still alive!";
}
var MyVar=new MyStruct(); //Returns address of the new object in the heap
                          //and runs on it the `MyStruct` function.
Func(MyVar);              //Sets his 'TestAliveVar' to 1
                          //and prints 'Still Alive!' with new line
delete(MyVar);            //C++: free(MyVar);
Func(MyVar);              //Does nothing

问题是如何创建您在这段代码中看到的函数exists。 顺便说一句，我可以在这个语言中运行 C++ 代码。

Answer 1

您可以使用shared_ptr<> 来保存您的指针，并使用weak_ptr<> 将您的指针传递给对象的消费者。你通过销毁shared_ptr<>对象来delete对象，然后所有的weak_ptr<>s都会过期。

std::weak_ptr<int> wptr;
assert(wptr.expired());
{
    std::shared_ptr<int> intptr(new int);
    wptr = intptr;
    assert(!wptr.expired());
}
assert(wptr.expired());

因此，您的exists 检查将是检查weak_ptr<> 是否已过期。

为了使构造的使用更加具体：

Script code                 Hypothetical C++ code that gets executed
----                        ----
var MyVar=new MyStruct();   var_map["MyVar"]
                                = std::shared_ptr<Obj>(new Obj("MyStruct"));
Func(MyVar);                invoke("Func", std::weak_ptr<Obj>(var_map["MyVar"]));
exists(arg0)                !args[0].expired()
delete(MyVar);              var_map.erase("MyVar");

如果脚本要在多线程环境中运行，那么weak_ptr<> 状态就是临界区。

Answer 2

可以检测内存是否不再存在，例如通过维护一组已知的死指针。您创建的任何指针都会添加到 alive 集合中，当您删除对象时，会将指针移动到 dead 集合中。

真正棘手的部分是重用内存。当您想为不同的对象重复使用相同的地址时，您会怎么做？你不能通过看指针来判断，因为指针看起来是一样的。因此，除非您永远不想重用内存，否则您将不得不更改您的要求。

1. 一种可能的方法是在结构中添加字段。我知道您说过您不希望这样，但许多 cmets 已经建议这是最佳解决方案，我倾向于同意。
2. 另一种可能的方法是增加一个间接层，这样您就不会真正传递指向对象的指针，而是将索引传递到活对象列表或其他内容中。
3. 您还可以考虑引用计数和垃圾回收。这样，对象只会在没有人再引用它们时被删除。相当多的工作，但作为脚本语言的用户，我希望它能够提供垃圾收集。

Answer 3

这是一个非常糟糕的主意。指针是否安全使用不仅仅基于指针的值，它基于指针的整个历史。例如，假设您分配了一些内存，然后释放它，但您保留指向它的指针。该指针现在无效。现在其他东西被分配到前一个指针所在的内存。现在，如果您尝试检测旧指针是否有效，它似乎是有效的，因为它指向的内存已分配，但如果您尝试使用它，您会得到未定义的行为。如果你读它，你会得到垃圾。如果您尝试写入它，您可能会损坏堆。

如果您只想检测您的进程是否可以访问指针指向的内存，这是可能的但不可移植，绝对不是一个好主意（它也会很慢）。您基本上必须尝试读取或写入它，然后捕获操作系统异常或发出信号。正如我所说，即使这是一个非常糟糕的主意。它告诉你的是，如果你试图访问它，操作系统是否会杀死你的进程；不是它是否真的可以安全使用。

有关为什么这是一个坏主意的更多信息，请查看 Raymond Chen 的这些博客文章，他从事一些 Windows 的低级工作：

IsBadXxxPtr should really be called CrashProgramRandomly

There's no point improving the implementation of a bad idea

Answer 4

您可以做的一件事是使用自己的分配器，您可以在其中分配所有对象。您的exists 函数将简单地查询分配器以查看对象是否仍被分配。你可以使用类似于 SMR 的东西来确保您的引用在仍在使用时不会指向其他东西......

Answer 5

最简单的解决方案是使用地图。映射应该由指向对象的指针索引，可能是void *。地图项的内容应该是创建的对象的类型。

任何时候脚本创建一个对象，添加一个条目到地图。每当脚本删除对象时，请删除映射条目。当脚本访问对象时，在映射中找到指针，从而确认它存在并且类型正确。

Answer 6

此有效检查仅在 windows (VS) 中检查，功能如下：

#pragma once
//ptrvalid.h
__inline bool isValid(void* ptr) {
    if (((uint)ptr)&7==7)
        return false; //Not valid address at all (Maybe random pointer?)
    char _prefix;
    __try {
        _prefix=*(((char*)ptr)-1); //Get the prefix of this data
    } __except (true) { //Catch all unique exceptions (Windows exceptions) 
        return false; //Can't reach this memory
    }
    switch (_prefix) {
    case 0:    //Running release mode with debugger
    case -128: //Running release mode without debugger
    case -2:   //Running debug mode with debugger
    case -35:  //Running debug mode without debugger
        return false; //Deleted :(
        break;
    }
    return true; //Still alive!
}

用法：

#include <stdio.h>
#include "ptrvalid.h"

void PrintValid(void* ptr) {
    if (isValid(ptr))
        printf("%d is valid.\n",ptr);
    else
        printf("%d is not valid.\n",ptr);
}

int main() {
    int* my_array=(int*)malloc(4);
    PrintValid(my_array);
    PrintValid((void*)99);
    free(my_array);
    PrintValid(my_array);
    my_array=new int[4];
    PrintValid(my_array);
    delete my_array;
    PrintValid(my_array);
    getchar();
}

输出：

764776 is valid.
99 is not valid.
764776 is not valid.
774648 is valid.
774648 is not valid.

函数的解释：（它的作用）

函数在真正检查之前检查，如果地址有效\起点指向内存。 之后，他检查这个进程是否可以到达这个内存的前缀（如果不能捕获异常），最后一个检查是检查这个内存的前缀是否在任何模式下被删除。 （调试\无调试模式\发布模式） 如果函数通过了所有这些检查，则返回 true。