崩溃或“分段错误”；当数据被复制/扫描/读取到未初始化的指针时

Question

这个问题旨在用作所有常见问题的参考：

当我将数据分配/复制/扫描到未初始化指针所在的地址时，为什么会出现意外行为，通常是神秘的崩溃或“分段错误”指向？

示例：

int *ptr;
*ptr = 10; // Crash here!

char *ptr;
strcpy(ptr, "Hello, World!"); // Crash here!

char *ptr;
scanf("%s", ptr); // Crash here!

Answer 1

指针是一种特殊类型的变量，它只能包含另一个变量的地址。它不能包含任何数据。您不能“将数据复制/存储到指针中” - 这没有任何意义。您只能设置一个指针来指向其他地方分配的数据。

这意味着为了使指针有意义，它必须始终指向有效的内存位置。例如，它可以指向在堆栈上分配的内存：

{
  int data = 0;
  int* ptr = &data;
  ...
}

或在堆上动态分配的内存：

int* ptr = malloc(sizeof(int));

在初始化之前使用指针始终是一个错误。它尚未指向有效的内存。

这些示例都可能导致程序崩溃或其他类型的意外行为，例如“分段错误”：

/*** examples of incorrect use of pointers ***/

// 1.
int* bad;
*bad = 42;

// 2.
char* bad;
strcpy(bad, "hello");

相反，您必须确保指针指向（足够的）分配的内存：

/*** examples of correct use of pointers ***/

// 1.
int var;
int* good = &var;
*good = 42;

// 2.
char* good = malloc(5 + 1); // allocates memory for 5 characters *and*  the null terminator
strcpy(good, "hello");

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请注意，您还可以将指针设置为指向明确定义的“无处”，通过让它指向NULL。这使得它成为一个空指针，这是一个保证不指向任何有效内存的指针。这与使指针完全未初始化不同。

int* p1 = NULL; // pointer to nowhere
int* p2;        // uninitialized pointer, pointer to "anywhere", cannot be used yet

然而，如果您尝试访问空指针指向的内存，则可能会遇到与使用未初始化指针时类似的问题：崩溃或分段错误。在最好的情况下，您的系统注意到您正在尝试访问地址 null，然后抛出“空指针异常”。

空指针异常错误的解决方案是相同的：在使用指针之前必须将其设置为指向有效内存。

---

进一步阅读：

指向无效数据的指针
如何使用指针从不同的函数访问局部变量？
局部变量的内存可以在其作用域之外访问吗？< /a>

分段错误及原因
什么是分段错误？
为什么当写入用“char *s”而不是“char s[]”初始化的字符串时，我遇到分段错误？
char s[ 之间有什么区别] 和 char *s？
分段错误常见原因的明确列表
什么是总线错误？

Answer 2

1. 指针仅指向内存位置。您创建了一个指针，但尚未绑定到内存位置。 strcpy 希望您传递两个指向两个字符数组的指针（第一个不能是常量），如下签名：

   char * strcpy ( char * 目标，const char * 源 );
   

   示例用法：

   char* ptr = malloc(32);  
   strcpy(ptr, "你好世界");
   

   char str[32];  
   strcpy(str, "你好世界");
   

2. 您可以尝试下面的代码片段读取字符串直到到达换行符（*您还可以添加其他空白字符，例如 "%[^\t\n]s"(制表符、换行符)或<代码>"%[^ \t\n]s"（空格、制表符、换行符））。

   char *ptr = malloc(32);
   scanf("%31[^\n]", ptr);
   

   （在现实生活中，不要忘记检查 scanf() 的返回值！）

Answer 3

学习 C 时经常出现的一种情况是尝试使用单引号来表示字符串文字：

char ptr[5];
strcpy(ptr, 'hello'); // crash here!
//            ^     ^   because of ' instead of "

在 C 中，'h' 是单字符文字，而 "h"是一个字符串文字，包含 'h' 和空终止符 \0（即 2 字符数组）。另外，在 C 中，字符文字的类型是 int，即 sizeof('h') 相当于 sizeof(int) >，而 sizeof(char) 为 1。

char h = 'h';
printf("Size: %zu\n", sizeof(h));     // Size: 1
printf("Size: %zu\n", sizeof('h'));   // likely output: Size: 4

Answer 4

为了制作字符串的可修改副本，POSIX C 库有一个名为 的便捷函数，而不是使用 malloc、strlen 和 strcpy 中的 >strdup 将返回传入的以 null 结尾的字符串的副本，并分配存储持续时间。使用后，应使用free释放指针：

char* ptr;
ptr = strdup("hello world");
ptr[0] = 'H';
puts(ptr);
free(ptr);

Answer 5

发生这种情况是因为您没有为指针char* ptr分配内存。
在这种情况下，您必须为指针分配内存。实现此目的的一种方法是使用函数 malloc() 和 calloc() 动态分配内存：

char* ptr;
ptr = malloc(50); // Allocate space for 50 characters
strcpy(ptr, "hello world");

当使用 * 时ptr 结束后，不要忘记释放为*ptr 分配的内存。这可以使用free()函数来完成。

free(ptr); // Deallocating memory
// Size of dynamically allocated memory can be changed by using realloc()

char *tmp = realloc(ptr, 100); // Allocate space for 100 characters
if (!tmp) {
    // Reallocation failed, ptr not freed
    perror("Resize failed");
    exit(1);       
}
else {
    // Reallocation succeeded, old ptr freed
    ptr = tmp;
}

在大多数情况下，分段错误是由于内存分配错误或数组越界情况而发生的。