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訪問(wèn)非法內(nèi)存為什么不會(huì)出錯(cuò)？

時(shí)間：2022-10-28 12:28:45
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[導(dǎo)讀]上篇文章分享幾個(gè)實(shí)用的代碼片段（第二彈）我們分享了一段代碼：

上篇文章分享幾個(gè)實(shí)用的代碼片段（第二彈）我們分享了一段代碼：

有位讀者在朋友圈評(píng)論我的文章：（type * ）0不是指向空地址嗎？（type*）0->member不是訪問(wèn)非法內(nèi)存了嗎？為什么不會(huì)出錯(cuò)？

這篇文章我們就來(lái)解釋這個(gè)問(wèn)題。

GET_MEMBER_SIZE分析

首先，先來(lái)解釋 獲取結(jié)構(gòu)體成員大小 這個(gè)宏定義： 

// 獲取結(jié)構(gòu)體成員大小 #define GET_MEMBER_SIZE(type, member)   sizeof(((type*)0)->member)

雖然說(shuō)這里用了 ((type*)0)->member ，看起來(lái)似乎有問(wèn)題？訪問(wèn)非法地址0地址？

其實(shí)不是的，注意這里用到了 sizeof操作符 。在C語(yǔ)言中，sizeof() 是一種內(nèi)存容量度量函數(shù)，其字節(jié)數(shù)的計(jì)算是在 編譯階段 進(jìn)行的。

C語(yǔ)言源程序經(jīng)過(guò)編譯器進(jìn)行詞法分析、語(yǔ)法分析等過(guò)程生成中間語(yǔ)言（object后綴的文件）編譯期間會(huì)生成一個(gè)字符表和靜態(tài)分配空間(如new static 全局變量)它們所需的內(nèi)存空間可以計(jì)算出來(lái)放在鏈接庫(kù)后的可執(zhí)行文件中（虛擬內(nèi)存即磁盤），在運(yùn)行時(shí)將放在可執(zhí)行文件中的偏移量加載到內(nèi)存的堆中同時(shí)將局部變量加載到棧中。

所有內(nèi)存的開辟只有程序運(yùn)行的時(shí)候才會(huì)在物理內(nèi)存中開辟，即sizeof(((type*)0)->member)的操作不是等到程序運(yùn)行期間計(jì)算的，而是在編譯階段就計(jì)算了，所以GET_MEMBER_SIZE宏定義并沒有訪問(wèn)非法內(nèi)存的操作。

進(jìn)一步的，我們看看上面那個(gè)代碼實(shí)例中，結(jié)構(gòu)體成員的字節(jié)數(shù)是不是在編譯階段計(jì)算出的，編譯出匯編文件： 

gcc -S member_size.c -o member_size.s

這個(gè)匯編文件我們可能不全看懂所有指令，但大概知道如下三個(gè)指令的意思我們就大概可以知道這段匯編代碼的意思了。

  • leaq：加載有效地址指令，即將有效地址復(fù)制到寄存器中。
  • movl：數(shù)據(jù)傳送指令。
  • call指令：將當(dāng)前的 IP 或 CS和IP 壓入棧中， 轉(zhuǎn)移（jmp）。

可以看到，從上到下，依次會(huì)把立即數(shù)1、1、2、4、3、12放到esi寄存器中。

為什么是這些立即數(shù)？

我們編譯運(yùn)行一下我們的程序：

可以看到，正好就是我們需要求的結(jié)構(gòu)體各成員的大小及結(jié)構(gòu)體的大小，所以GET_MEMBER_SIZE(type, member)是在編譯階段起作用的。

其實(shí)，GET_MEMBER_SIZE宏定義中的0只是看做一個(gè)隨意給的地址，方便求成員的大小，如果寫為0容易引起誤解，不妨可以寫為一個(gè)任意值，比如修改為100，也是可以計(jì)算出各結(jié)構(gòu)體成員的大小的。

最后，如果 ((type*)0)->member 在其它地方使用，會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題呢？自然就是這位讀者所理解的：操作非法地址。會(huì)引起段錯(cuò)誤。比如添加如下一行代碼：

編譯運(yùn)行：

段錯(cuò)誤的定位方法可查閱

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