【嵌入式】“野指针”和“悬空指针”的奇淫拙劣

news2024/11/16 9:45:42

【嵌入式】“野指针”和“悬空指针”的奇淫拙劣

1. 前言
- 1.1 授权须知
2. 野指针和悬空指针
3.举例说明
- 3.1 示例一：free 之后，没有让指针指向NULL
- - 3.1.1 代码解析
  - 3.1.2 运行代码的结果
  - 3.1.3 程序崩溃在哪？
- 3.2 悬空指针–释放后使用攻击

1. 前言

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1.1 授权须知

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2. 野指针和悬空指针

悬空指针（Dangling Pointer）：是指一个指针变量保存了一个 无效的内存地址的情况。
- 情况1： 指针被释放后，没有指向 NULL，则该指针大概率是还指向之前指向的地址，然而该地址接下来已经被其他变量使用
- 情况2：指针指向了一个非静态局部变量的地址；如数组越界，如函数中返回了局部变量的地址
野指针（Wild Pointer）：是指一个未初始化或未赋值的指针，它 不知道所指向的内存地址。野指针可能包含任意值，它没有被正确地分配或初始化。

关于野指针的描述，参考：【嵌入式】让人又爱又恨的“指针”

建议调用 free 函数的时候，自己写一个宏定义

#define FREE(p) free(p); \
                p = NULL;

3.举例说明

3.1 示例一：free 之后，没有让指针指向NULL

void fun(char **p){
    *p = (char *)malloc(100);
}

int main{
    char *p = NULL;
    fun(&p);
    free(p);

    if(p!=NULL){
        strcpy(p,"hello world");
        printf(p);
    }
}

3.1.1 代码解析

main函数定义了一个指针变量p，然后将其地址传递给fun函数
fun函数使用malloc函数在堆上分配了100个字节的空间，并把这块内存的地址赋值给了p。
回到main函数中，紧接着调用free函数释放刚刚分配的内存。

free§之后，指针变量p没有及时置空，仍然还是指向着这片内存地址；但p指向的这片内存已经被回收了，这时候使用strcpy向其写入数据，到底会造成什么后果就难以预料了。

3.1.2 运行代码的结果

【结果难以预料】

运气好的话，字符串能够成功复制，也能成功打印出"hello world"字符串，
运气不好的话，会报错，Segmentation fault

3.1.3 程序崩溃在哪？

崩溃是在哪一行呢？是strcpy写入数据的时候崩溃，还是printf打印输出的时候崩溃呢？

答案是printf的时候崩溃了

虽然通过调用free把这块内存释放了，但要注意，这个释放只是C语言运行时库层面的释放（因为free函数是C语言的库函数），C语言运行时库里的算法把它回收回去，在编程语言的层面上，这块内存是不应该再访问的了。
但在操作系统的层面上，这块内存依然是可以访问的，它依然位于某个具有可读可写的4KB内存页中。因为C语言的堆内存分配算法，不会每次释放内存都调用系统级的函数（如VirtualFree）去真正释放内存页面，这是一个很重的操作。

这里所谓的free，仅仅是告诉C语言运行时库，这块内存我不用了，你回收回去统一管理吧。

所以，当调用strcpy的时候，是能够正常复制的。

但要注意，这块内存能写，不代表你能乱写。在操作系统层面上，内存页面可读可写，那你写没有问题。

但站在C语言运行时库的视角来看，这个地址的内容我已经回收了，现在这里面的内容对于我管理堆内存非常重要，你别乱写，乱写是要出乱子的。

这不，这样一strcpy，哦豁，堆内存里面的一些管理用的设施被破坏了（比如一些指针），等到后面调用printf的时候，里面同样要从堆分配内存，这个时候前面留下的问题就暴露出来了。

3.2 悬空指针–释放后使用攻击

void fun(char **p){
    *p = (char *)malloc(100);
}

int main()
{   
    char *p = NULL;
    fun(&p);
    strcpy(p,"hello world \r\n");
    printf(p);
    free(p);

    char *q = NULL;
    fun(&q);
    strcpy(q,"zhang san \r\n");
    printf(p);
}