为什么在 C++ 中的删除操作后仍然可以访问释放的动态分配的内存？ [复制]

Question

假设我已经分配了一些内存来存储这样的 int 值：

int *p=new int; 

在这里，我使用new 运算符创建了所需的内存并分配了该内存块的地址，以便我可以访问该内存块。

现在，我可以控制我在该内存块中存储的内容。

但是当我写这样的语句时：

delete p;

我们说我删除了动态分配的内存。

但是如果我真的delete'd 或释放了那个内存，我应该在delete 操作之后不能再访问那个内存了吗？但是我能够使用相同的指针变量访问该内存块。那么如果删除内存块后可以访问，那么删除内存块的目的是什么？

这里有一些示例代码：

#include <iostream>
using namespace std;

int main(void)
{
    int *p;
    p=new int;
    *p=10;
    cout << *p << endl;
    delete p;

    //here look we can still access that block of memory using the same pointer variable
    //But we did not created the  memory block after deletetion
    cout << *p << endl;
    *p=20;
    cout << *p << endl;

    return 0;
}

在这种情况下，“删除/释放动态分配的内存”是什么意思？

Answer 1

其他答案说在delete 之后取消引用指针是未定义的行为是正确的。但我认为了解正在发生的事情而不是简单地说“任何事情都可能发生”是有用的。

当你delete一个指针时，程序会采取几个步骤：

1. 调用指针所指对象的析构函数
2. 调用内存管理器的函数，该函数将执行释放内存所需的任何簿记工作。

第二步，取决于实现，可能实际上将内存块返回给操作系统，或者它可能只是标记该块可用于后续分配，或者做其他事情。在您的情况下，显然，该块被简单地标记为免费但没有返回给操作系统。进一步的分配可能会返回此块内的地址，然后未定义的行为可能会从“正常工作”变为“工作奇怪”。

但是即使您仍然可以通过已删除的指针访问该对象，编译器仍然可以假定该对象不再存在并进行一些依赖于此的优化。这可能会以非常意想不到且看似不合逻辑的方式破坏您的程序，因此您最好远离未定义的行为。

Answer 2

当您为指针分配内存时，内存中的该位置成为您的，也就是说，其他应用程序无法覆盖它。现在，当您释放该位置时，它就可以用于其他应用程序，因此您当前的代码不再具有排他性，您的有意义的数据变成了从其他应用程序的角度来看的随机数据。实际值没有改变是非常合乎逻辑的，因为从您的应用程序的角度来看，这将涉及一些额外的工作，而不是它不关心的内存块。至于地址是否可达，基本上你已经释放了那块内存，所以其他应用程序，包括这个应用程序都会到达它，所以你能到达它并不奇怪。

Answer 3

但是如果我们真的删除或释放了那个内存，我们不应该做不到吗？ 在删除操作后访问该内存。

不，那是错误的。

删除指针会释放它指向的内存。这就是删除的目的。不访问已删除的内存是您的责任，而不是编译器。如果您的程序确实访问了已删除的内存，那么根据 C++ 标准，它的行为是未定义的，这正是它所说的。

Answer 4

在您执行delete p 之后，您访问*p。 delete p 结束对象的生命周期，并且您在对象的生命周期结束后访问对象。这是未定义的行为。当你的程序包含未定义的行为时，所有的赌注都没有了——不能保证程序会做什么。 “工作正常”是“不保证”的一个例子。鼻恶魔是另一个例子。事实上，当遇到某些类型的未定义行为时，一个版本的 GCC (1.17) 尝试启动 NetHack、Rogue 和 Towers of Hanoi 游戏。 [1] 所以你不能指望它。

引用FAQ：

未定义的行为是 C 和 C++ 语言的这些方面之一 这可能会让来自其他语言的程序员感到惊讶 （其他语言试图更好地隐藏它）。基本上是可以的 编写行为无法预测的 C++ 程序，甚至 虽然很多 C++ 编译器不会在程序中报任何错误！

[...]

这正是未定义行为的问题。基本上， 一旦您调用未定义的行为，标准允许任何事情发生 （甚至鼻恶魔）。如果有一个“正确”的行为根据 你对语言的心理模型，那个模型是完全错误的； C++ 标准有唯一的投票，句号。

Answer 5

在调用 delete 之后，您的程序会在标准输出中写入几个字符。可能，只是可能，为了执行这个 write() 操作，C++ I/O 系统必须分配几个字节，所以它向 C++ 内存管理系统请求几个字节。运气不好，内存系统给了 I/O 系统正是这个小区域，由于您的删除操作，它刚刚变得可用。

I/O 系统完全在其权限范围内操作，将指向某个辅助结构的有用指针存储到那个小地方。然后，通过将 20 存储到它刚刚“删除”的位置，您的程序会破坏该有用的指针。在那之后，I/O 系统数据结构就会损坏。

请注意，硬件或操作系统无法保护内存位置不被滥用。这是因为内存写入权限是每个进程而不是每个函数，并且 C++ I/O 系统与您的 main() 函数属于同一进程。

如果稍后 I/O 系统开始删除或更改文件而没有通知，您可能不会向您的 C++ 编译器供应商投诉，因为您写入的内存不再属于您。

如果你的编程人员容易犯这种错误，你必须坚持让他们写出这样的东西：“delete p ; p = nullptr;”。这样一来，由随后滥用指针引起的崩溃会立即发生并且非常容易调试，这与由 I/O 系统数据结构的潜在损坏导致的（可能更远的）崩溃不同。

但是现代 C++ 的精神是用称为“智能指针”的对象替换“原始指针”，也就是您在这里使用的那种指针。因此，您可能必须熟悉 std::shared_ptr 和 std::unique_ptr 类。这是一个小示例，您可以在其中看到指针的数值已重置为 NULL：

#include  <memory>
#include  <iostream>


int main(void)
{
    std::unique_ptr<int> uPtr = std::make_unique<int>(0);
    *uPtr = 10;

    std::cout << *uPtr << std::endl;
    uPtr.reset();

    auto ptrValue = reinterpret_cast<unsigned long>(uPtr.get());

    std::cout << "uPtr is: " << ptrValue << std::endl;

    std::cout << "So far so good ... " << std::endl;

    // here, the program will crash :

    *uPtr = 20;
    std::cout << *uPtr << std::endl;

    return EXIT_SUCCESS;
}

如果你允许我对程序员的幽默进行一次蹩脚的尝试：在 main 函数写了 20 之后，你的程序的状态可以描述为“到目前为止还不错”。不知道你是否熟悉金融服务行业。

有一个经典笑话，关于一位传奇的华尔街交易员，他用次级金融工具做了许多非常糟糕的交易。因此，交易员决定从大楼的 94 层跳入下面的街道。到了五楼，他看到了一个秘书，秘书问他：“怎么样？”。交易员回复：“到目前为止一切顺利。”。