新运算符中的分段错误答案

【问题标题】：Segmentation fault in new operator新运算符中的分段错误
【发布时间】：2020-06-17 16:42:00
【问题描述】：

更新：修正malloc(sizeof(500))后仍然存在分段错误

我在以下代码中遇到分段错误：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <functional>

struct Data {
  std::string name;

  std::function<int()> work;

  std::vector<int*> v1 {nullptr, nullptr, nullptr, nullptr};
  std::vector<int*> v2 {nullptr, nullptr, nullptr, nullptr};

  int* v3 {nullptr};
  int* v4 {nullptr};
};

int main() {
  std::cout << sizeof(Data) << "\n";   // Just to make sure sizeof(Data) < 500

  auto raw = malloc(500);      // Allocate memory

  auto int_ptr = static_cast<int*>(raw);
  int_ptr ++; 

  auto ptr = reinterpret_cast<Data*>(int_ptr);
  new (ptr) Data();                     // GDB reports segmentation fault here

  free(raw);
}

编译命令：

clang++-9 -std=c++14 -stdlib=libc++ -ggdb3 prog.cpp -lc++abi -O2

我认为内存应该足够大，可以存储Data，但是为什么new会出现分段错误？

【问题讨论】：

可能的对齐问题？
godbolt.org/z/m36kaz: 错误：malloc.c:2401: sysmalloc: 断言`(old_top == initial_top (av) && old_size == 0) || ((unsigned long) (old_size) >= MINSIZE && prev_inuse (old_top) && ((unsigned long) old_end & (pagesize - 1)) == 0)' 失败。
在我纠正错字sizeof(500) 后，编译器探索没有断言错误。但是分段错误仍然存在。
你有分段错误的回溯（bt in gdb）吗？

标签： c++ pointers segmentation-fault malloc reinterpret-cast

【解决方案1】：

你的问题在这里：

auto raw = malloc(sizeof(500));

'500' 是一个整数，所以sizeof(500) 返回 4。我认为你的意思是：

auto raw = malloc(500);

无关，但您可能想这样做：

  auto int_ptr = static_cast<int*>(raw);
  int_ptr += 2;

只是让指针保持 8 字节对齐（假设您使用的是 64 位操作系统）。另外，不要忘记在调用 free 之前调用 dtor（否则你有内存泄漏）

ptr->~Data();

【讨论】：

感谢您指出这一点！ sizeof 是我复制代码时的拼写错误。将其更改为 malloc(500) 后，我仍然遇到相同的分段错误。

【解决方案2】：

如果您正在编写 C++，通常不适合使用 malloc。您可以使用向量作为缓冲区，或创建一个字符数组。

int main() {
  std::vector<char> buffer(500);

  auto ptr = reinterpret_cast<Data*>(buffer.data());
  new (ptr) Data;   
}

【讨论】：

请注意，如果您按照建议在堆栈上使用向量，则缓冲区在退出范围时会失效。可能这不是某人需要替换malloc 电话的原因。在退出范围之前还需要 ptr->~Data()，对于使用放置 new 创建的对象，编译不会调用 dtor

【解决方案3】：

通常，由于对齐不正确，您的代码会有未定义的行为。我将尝试在下面的示例中进行解释。

假设您使用的是 64 位架构，具有 4 字节 int。在这样的系统上，malloc 通常会为您提供 16 字节对齐的内存块。然后，当您向该边界添加 4 个字节（raw 加上 4 个字节）时，生成的地址 (ptr) 是 4 字节对齐的，但既不是 8 字节也不是 16 字节对齐。

现在，Data 有一些自然对齐，很可能是 8 字节。您可以通过alignof(Data) 表达式找到它。当您尝试在 4 字节对齐的地址上创建 Data 类型的对象时，此 results in undefined behavior。

另外，正如其他人所指出的，您需要为 placement new 创建的对象手动调用析构函数。

【讨论】：