恢复到 C 中存储区中的先前值

Question

我玩了一点C，写了如下代码：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main() {
    char* value = malloc(5 * sizeof(char));
    int vect[3];
    printf("%d\n", value[135151]);
    int i, count = 0;
    for(i = 0; i < 135152; i++) {
        if(value[i]) {
            count++;
            printf("position is %d, value is %d and i change it with 42\n", i, value[i]);
            value[i] = 42;
            vect[count - 1] = i;
        }
    }
    printf("count is %d\n", count);

    printf("pointer is at location %p\n", value);
    printf("changed values are %d %d %d\n", value[vect[0]], value[vect[1]],
                                                        value[vect[2]]);

    return 0;
}

经过几次尝试，在我的笔记本电脑上，我发现如果我打印 value[135152] 我得到 segfault，如果我打印 value[135151] 我在标准输出得到 0。

在那之后，我很好奇 查找此间隔中是否存在非零值，并显示 3 个非零值。

之后，我尝试将它们全部修改为 42（我忘了提到在许多程序执行时，20+，即使向量值显示在不同的位置，例如 0xbe7010 或 0x828010，相同的非零相同位置的值仍然存在，这让我明白指针地址是虚拟的（但位置相同））。

之后，我修改了这些值，为了确定，我最后打印了它们，它们显示了 42 个，全部 3 个。但是，在另一个程序执行时，显示了以前的值，就像我没有修改那个内存区域一样。

我会给你我的 3 个连续输出：

0
position is 24, value is -31 and i change it with 42
position is 25, value is 15 and i change it with 42
position is 26, value is 2 and i change it with 42
count is 3
pointer is at location 0x21bb010
changed values are 42 42 42


0
position is 24, value is -31 and i change it with 42
position is 25, value is 15 and i change it with 42
position is 26, value is 2 and i change it with 42
count is 3
pointer is at location 0x20d1010
changed values are 42 42 42


0
position is 24, value is -31 and i change it with 42
position is 25, value is 15 and i change it with 42
position is 26, value is 2 and i change it with 42
count is 3
pointer is at location 0x19d0010
changed values are 42 42 42

你能告诉我为什么这些价值观在改变之后仍然存在吗？

还有，为什么指针地址变了，但内存区是一样的？ （我怀疑 C 中的物理内存和虚拟内存之间存在双射函数，每次执行程序时都会发生变化。

感谢您的帮助，并为这堵文字墙感到抱歉！

Answer 1

如果我正确理解了您的问题，那么答案比您想象的要简单得多。在每次程序执行时，malloc 通过向操作系统请求内存来分配内存，但malloc 和操作系统都没有任何特别的理由在每次程序执行时为您提供相同的内存空间。据我所知，如果您没有将程序作为内核级程序运行，那么确实没有任何方法可以确保每次都获得相同的内存地址，即使在这种情况下，您也可能不会拥有相同的内存地址值，因为其他程序可能在此期间已写入内存（或计算机已关闭，因为malloc 从易失性内存分配内存）。您正在寻找的可能是将数组保存到文件并在程序执行时从该文件中读取。

您所做的几乎所有事情都是未定义的，因此对于为什么会发生的问题，我无法给您一个充分的答案。以下是您正在调用的一些不同类型的未定义行为：

printf("%d\n", value[135151]);

读取数组末尾，或更正式地取消引用任何偏移量大于数组大小（value[5] 或更高）的指针是未定义的行为。我已经让许多程序甚至取消引用导致段错误，但在这种情况下，您的操作系统或初始化库（程序在main 之前运行的东西）似乎正在为您的程序分配一堆内存而无需您询问.

if(value[i])

变量或内存空间中没有被你的程序赋值的值是未定义的。如果所有内存都为零，或者它具有以前碰巧存在的任何值，那将是完全合法的。关于读取此类内存的问题，您的操作系统显然在它被释放之后或在它被分配给您的程序之前为其分配了特定的值。操作系统可能这样做的一个重要原因是安全性 - 如果一个程序从它之前的程序获取输入到内存中的值，它可以读取其他程序的数据，如果之前的程序将明文密码转换为哈希值，这将非常糟糕，例如。

value[i] = 42;

这可能不言而喻，但是将值分配给未分配给您的内存位置也是未定义的行为。

编辑：回应评论：未定义的行为意味着标准没有定义当你这样做时会发生什么。显然，如果一个程序编译并运行，它必须表现出一些行为，但未定义的行为可能会因编译器、标准库版本、操作系统和各种其他因素而完全不同。在您的情况下，所有变量都聚集在一起导致您看到的行为，但是如果没有分解有关您的编译器、环境、硬件等的每个细节，我们无法告诉您原因，更重要的是，该行为可能（并且可能会）完全不同，例如，如果我使用不同的操作系统和编译器编译和运行这段代码。

附带说明一下，我在几个编译器上进行了尝试，在 Linux Red Hat 上的 clang 3.5.0 上得到了完全相同的结果，并且与 gcc 类似，所以我最好的猜测是该信息与 @987654330 有关@ 的实现，可能是 free 在释放内存时使用的元数据。

Answer 2

我假设您对“未定义的行为意味着任何事情都可能发生”不满意，并且想了解 C 本身未定义的事情。因为不是C定义的，以下是部分推测：

地址空间布局随机化（ASLR）是大多数现代操作系统的一项功能。它随机化程序中每个主要内存区域的起始地址。其目的是使某些类型的安全漏洞更难被利用。这不在这个问题的范围内。

另外，还有在main 之前运行的代码。它初始化标准库中的各种东西。当我说“你的程序”时，我包括了这段代码。

由于 ASLR，堆将在每个进程中从不同的地址开始。但是，由于您的程序不使用任何其他随机性（除了 ASLR，它是确定性），它总是以相同的大小和顺序分配内存块。由于malloc 在您的操作系统上不是随机的——除了堆的起始地址——它以相同的“模式”分配内存。也许你的内存块总是在(start_of_heap + 123400)，而其他东西总是在(start_of_heap + 123424) 获得一个内存块——在这种情况下，另一个内存块总是(your_memory_block + 24)，即使确切的地址不同。

另一个内存块是什么？我不可能准确地猜到这一点——但鉴于你的程序没有崩溃，你的程序很可能再也不会使用了。对于您未使用的某些功能，它可能很重要，或者它可能是内存分配器的簿记信息（它永远不会看到您覆盖的值，因为在那之后您永远不会调用 malloc 或 free）。

附：覆盖不属于您的内存是导致无法预料的崩溃的好方法。您应该认真避免在任何真正的程序中这样做。这也是编写不可移植程序的好方法——也许 OSX 在那个位置存储了更重要的东西，或者它甚至没有分配那个位置（所以你在访问它时会出现段错误）。