这些所谓的“灾难”到底是什么？指针使用不当会导致什么？

Question

我在程序中越来越多地使用指针，在阅读有关指针的内容时，我发现的每一个指南或教程都说，不正确地使用指针可能会产生“灾难性”结果。

现在，我遇到过一些大内存泄漏的情况，以及指针取消引用错误的指针变量，返回错误的值，但除此之外没有发生任何“灾难性”的情况；就像我的电脑和/或其他程序崩溃一样。

有人可以给我一个简单的代码示例，它肯定会产生“灾难性”的结果，也许还有一些发生的事情的背景故事，以防万一您不小心使用了那段代码？我所说的“灾难性”结果是指可能干扰其他程序或操作系统并可能导致它们崩溃的代码。

Answer 1

不正确的指针运算也可能导致灾难，因为边界错误会导致缓冲区溢出，而缓冲区溢出会导致数据损坏，例如堆栈崩溃：

void test_fun(int i)
    int x[5];
    for (int *p = x; p < x+10; ++p) { // obvious error, some are more subtle
        *p = i;
    }
    return; // execution may resume at address `i`, with entertaining results
}

当然，仅调用 strcpy 或 memcpy[*]，您不必自己进行指针算术。如果攻击者控制了 i 的值（可能是因为它是从输入文件读取的，并且攻击者制作了恶意文件），那么您可能会遇到比崩溃更糟糕的情况。结合更多特定于平台的技巧，攻击者可能能够安排返回 i 最终执行攻击者提供的代码。

[*] 或 strncpy、strlcpy、strcpy_s 或 std::copy，在任何人开始之前。一旦你以某种方式得到了错误的边界，那么向边界检查函数提供错误的边界仍然是错误的......

Answer 2

有两种主要的灾难——悬空指针和内存泄漏。

悬空指针是指指针存储的地址不是对象的地址：

T* first;
T* second; //somewhere in another piece of code
first = new T();
second = first;
delete first;
first = 0; //second still stores the address of an already deleted object

内存泄漏是指没有指针存储堆分配对象的地址：

T* object;
for( int i = 0; i < 10; i++ ) {
  object = new T();
}
delete object; // now the first nine objects are unreacheable

悬空指针不好，因为使用它们会导致未定义的行为 -程序可能会崩溃或修改一些不相关的数据，这将导致以后出现问题。内存泄漏很糟糕，因为分配的内存无法重用，因此程序一段时间后可能会出现内存不足的情况。

Answer 3

我想到了一些情况：

• 在离开作用域后继续访问 free()/delete()d 内存或局部变量
• 由于所有权不明确而导致堆内存
• 泄漏 对数据的意外共享访问，其中对指向值的更改可能会造成混淆一些针对它们的算法
  • 意外的浅拷贝
• 由于对实际包含指向其他数据的指针的假定 POD 数据进行简单的二进制写入而造成的不完整/有缺陷的序列化
• 共享内存中的多进程不安全数据，其中指针（尤其是虚拟分派指针）需要在不同的内存中有所不同访问它的不同进程
• 循环数据链接，导致代码陷入循环中无限期地
• 在数据中移动指针，从而意外地移动到数据之外（问题类似于数组索引，但更复杂，因为不一定有任何常量引用和一致安全的相对索引范围）
• 无法正确检查/处理哨兵值
• 与指针指向的数据类型有关的问题
  • 使用不安全/错误的强制转换（例如，需要动态强制转换时重新解释强制转换）
  • 没有意识到指针的索引是以指向类型的指针的大小为单位完成的
  • 从指针到较短整数类型的无效转换

Answer 4

我见过的最令人讨厌的是“延迟故障”，即错误执行的写入访问会损坏稍后使用的数据结构，从而产生完全不相关的代码的错误输出。在调试过程中，您会观察到“机器的崛起”——数据结构神秘地获得了从未分配过的错误值，这违背了程序员的意愿。您可能正在搜索距离实际位置数千个 LOC 的错误。