为什么悬空指针引用会使程序崩溃

Question

我多次听说悬空指针取消引用会导致程序崩溃，但我不知道为什么。谁能给我解释一下？

据我了解，在 C/C++ 中，当我们通过指针 p 释放内存对象 o 后，p 变为指向语义上无效的内存地址 addr 的悬空指针。也许稍后addr 会被内存分配器重新分配给另一个内存对象。不管这种情况发生与否，操作系统都会认为addr仍然是一个合法的访问地址，因为内存分配器只向操作系统请求内存，而不会将内存还给操作系统。所以根本不应该有崩溃。谁能告诉我我的理解哪里错了？

Answer 1

无论这种情况发生与否，操作系统都会认为 addr 仍然是可以访问的合法地址

不，事实并非如此，恰恰相反。一旦你free() 内存，无论它是否实际被释放，都被认为是非法访问（甚至尝试再次free()）。

由于每一次非法内存访问都会导致调用undefined behavior，因此也是如此，副作用是分段错误。

Answer 2

抛开关于未定义行为的语言规则，释放内存很可能会将内存返回给操作系统。直接在调用 free 时或稍后在操作系统本身内存不足并要求应用程序返回未使用的块时。

当您不小心覆盖其他数据（例如数组长度或函数的返回地址）时，悬空指针也可能间接导致崩溃

Answer 3

悬空指针可以指向任何东西，有时程序可能会继续 因为它得到的值似乎是正确的，所以这可能会传播多次 直到出现段错误或更糟。

foo *bar = malloc(sizeof(foo));
void * dangling = &bar;
free(bar);

悬空现在指向什么？或者返回一个堆栈分配的结构作为 指针即

char * foo() {
  char string[10] = "Boom";
  return string;
}   

基本上程序没有办法检测到正在使用的项目是有效的 在使用之前，有时即使使用它仍然无法检测到它。检测可以按严重程度按以下顺序发生...

1. 编译器发现双重空闲或您正在返回对堆栈分配对象的引用。或者你试图释放一个它从未实际分配过的对象。

2. 操作系统发现您正试图访问分配在进程地址空间之外的内存，即访问冲突/分段错误/总线错误等。

3. 您的程序开始出现异常行为并最终崩溃，或者有人重新启动您的应用程序或内存不足等。

在我的情况下，您的分配器（即 malloc）可能会从区域分配内存，即具有起始和结束地址的预分配内存块。任何释放这些范围之外的区域的请求都是错误的，在这种情况下您可能会遇到分段错误。这是分配器可以检测到的一个错误，它无法检测到您已经引用了随后被释放的内存区域，即现在是垃圾。然后你尝试使用垃圾和混乱随之而来。

Answer 4

不能保证分配器不会将内存返回给操作系统，也不能保证未定义行为的任​​何其他保证。

据我了解，一个令您满意的答案应该包含一个代码示例，其中取消引用悬空指针会立即使程序崩溃。下面是一个在 Linux 上崩溃（此时此地）的示例：

#include <iostream>

int main() {
    int* arr = new int[1000000];
    delete[] arr;
    std::cout << *arr << std::endl;
}

DEMO