如何检查使用 free() 和 new [] 的结果

Question

进程因 SIGSEV 崩溃，并且回溯表明内存损坏。 Valgrind 报告表明存在一些“不匹配的空闲”，即使用 new[] 分配的内存正在使用 free() 释放。

我发现以下来自 cert.org 的信息

另一个潜在的问题是，当将一个指针传递给用operator new分配的数组时，操作符delete()可能会在操作符delete()调用free()时发生这种情况（这在许多实现中很常见，尽管不是这样） C++ 标准要求），传递给 free() 的指针不是通过调用 malloc() 返回的指针。这是因为当由operator new调用时malloc()返回的前四个字节通常用于存储数组的大小（同样，标准没有指定，但很常见），因此operator new返回的指针实际上指向到距 malloc() 返回的指针四个字节的地址。因此，free() 将读取错误的大小来释放，这可能会导致堆内存损坏问题。

问题是，如何证明 free() 正在释放错误的大小？任何人都可以建议如何验证这是否发生在我的环境中，也许使用 gdb 或任何其他工具？

另外，该数组是基本类型 char，因此不存在不调用单独析构函数的问题。

Answer 1

问题是，我如何证明 free() 正在释放错误的大小？

任何人都可以建议如何验证这是否发生在我的环境中，也许使用 gdb 或任何其他工具？

您已经运行了一个工具，它告诉您这就是正在发生的事情。然后您为什么要运行另一个工具来验证“这确实是正在发生的事情”？

根据 Valgrind 的说法，您不匹配一些免费调用。这就是问题，这就是你需要解决的问题。

只要该问题存在，就可能会产生一百万种不同的后果，其中之一就是您引用的文本中所描述的。但是您不需要知道您的程序中实际发生了这百万个后果中的哪一个，因为这些只是症状，您已经知道原因是什么了。

当您不匹配 free/delete 时，唯一能保证的效果是“发生了一些事情”。那“东西”是什么？没有人能说清楚。

除非您故意尝试编写糟糕的软件，否则您应该从源头上解决问题，而您所要求的内容不会对您有所帮助。

Answer 2

这是实现定义的。尽管您可能能够使用特定的编译器/工具链/libc，但您无法一般地“演示”这一点。

我建议您使用 valgrind 来发现此类错误。

可以在 SO Edit 上找到此类工具的更全面列表，

这是包含此类列表的推荐帖子：Linux 中的内存泄漏检查工具出现问题

Answer 3

您可以尝试使用 Duma ( http://duma.sourceforge.net/ )。它检测 malloc/free new/delete 不一致性。它还在调用 free/delete 后检查双重释放和修改的内存

Answer 4

对 free() 的调用不会释放错误的大小，无论您传入的指针是用 malloc() （或其任何变体）分配的还是不是。在第一种情况下，它将释放最初分配的数量，而在第二种情况下，它可能会崩溃。

根据实现的不同，SIGSEGV 附带的错误消息可能会告诉您传入的指针无效（或未分配或类似情况）。

Answer 5

如果这是向其他人解释和“演示”这一点的情况，我建议您在不演示的情况下解释为什么它是危险的。在这种情况下，解释应该足以清楚地向每个人展示陷阱。如果您坚持要演示，您可以使用 malloc 创建一个缓冲区，并使用 new [] 创建一个缓冲区，并显示保存与 一起使用的已分配大小的内存位置的内容>malloc 和 new 使用的内容。只需观察差异即可。但话又说回来，正如他所解释的那样，该行为是特定于实现的。

Answer 6

下面是演示该问题的代码示例：

#include <stdlib.h>

struct A
{ int i; };

struct B
{
  ~B(){ }
  int i;
};

int main()
{
  A * a = new A[10];
  free(a);

  B * b = new B[10];
  free(b);
}

如果您在 Linux 下使用 ltrace 运行该代码，您将看到类似以下内容：

_Znaj(40, 0x293324, 0x292ff4, 0xbfeaca28, 0x165d35) = 0x88f7008
free(0x088f7008)                                 = <void>
_Znaj(44, 0x293324, 0x292ff4, 0xbfeaca28, 0x165d35) = 0x88f7008
free(0x088f700c

因此，在第二种情况下，被释放的指针与被分配的指针不匹配（因为用户在 B 中声明了析构函数） ）。

当然，new[] 和 free 之间的不匹配是未定义的行为，但在实践中并不总是会导致 SIGSEGV。