矢量越界访问：为什么会出现这种行为？

Question

我知道使用 operator[] 在 C++ 中对 std::vector 进行越界访问会导致未定义的行为。因此，我不应该期望这样做会带来任何有意义的事情。然而，我很好奇幕后到底发生了什么。

考虑以下代码：

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    {
        std::cerr << "Started\n";
        std::vector<int> v(2);
        std::cerr << "Successfully initialized vector\n";
        v[-1] = 10000;  // Note: if accessing v[3], nothing bad seems to happen
        std::cerr << "Successfully accessed element -1\n";
    }
    std::cerr << "Successfully destructed the vector\n";
}

当使用 g++ (GCC) 11.2.0 在 GNU/Linux 上编译时，运行此代码会产生以下输出：

Started
Successfully initialized vector
Successfully accessed element -1
double free or corruption (out)
Aborted (core dumped)

为什么会发生这种情况？为什么会导致析构函数失败？为什么会产生这样的错误信息？

如果我使用某种将数组与它一起存储在堆栈上的结构，我会理解它：然后我会意外访问位于 v[0] 之前的一些内部数据，并且可能会损坏某物。但据我所知，std::vector的底层数组存储在堆上，所以我访问的数据甚至不应该属于它，不是吗？另外，因为我的最后一次输出尝试是在退出仅声明了向量的块后立即进行的，所以我看不到除了它的析构函数之外还可以调用什么，所以向量似乎在某种程度上受到了我的操作的影响。 。

Answer 1

一个可能发生的假设答案：UB 导致任意一块内存被覆盖。这称为内存损坏。

被覆盖的任意内存块恰好位于向量分配的动态内存之前。分配之前的任意一块内存恰好包含描述分配的“信息头”。当析构函数被调用时，会尝试释放内存。全局分配器检测到损坏的信息不一致，产生诊断消息并终止程序。

您系统上的全局内存分配器的源代码可能如下所示： https://code.woboq.org/userspace/glibc/malloc/malloc.c.html#4326 该链接专门指向生成错误消息的行。