确保我正在写入我在 C 中拥有的内存

Question

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

struct Person
{
    unsigned long age;
    char name[20];
};

struct Array
{
    struct Person someone;
    unsigned long used;
    unsigned long size;
};

int main()
{
    //pointer to array of structs
    struct Array** city;
    //creating heap for one struct Array
    struct Array* people=malloc(sizeof(struct Array));
    city=&people;

    //initalizing a person
    struct Person Rob;
    Rob.age=5;
    strcpy(Rob.name,"Robert");

    //putting the Rob into the array
    people[0].someone=Rob;

    //prints Robert
    printf("%s\n",people[0].someone.name);
    //another struct
    struct Person Dave;
    Dave.age=19;
    strcpy(Dave.name,"Dave");
    //creating more space on the heap for people. 
    people=realloc(people,sizeof(struct Array)*2);
    //How do I know that this data is safe in memory from being overwritten? 
    people[1].someone=Dave;
    //prints Dave
    printf("%s\n",people[1].someone.name);
    //accessing memory on the heap I do not owe?
    people[5].someone=Rob;
    //prints "Robert" why is this okay? Am I potentially overwriting memory?
    printf("%s\n",people[5].someone.name);

    return 0;
}

在上面的代码中，我尝试创建一个指向动态结构数组的指针，不确定我是否在这部分成功，但我主要关心的是我使用 malloc 在堆上为数组“people”创建空间。稍后在代码中，我创建了另一个结构 Person 并使用 realloc 在堆上为“人”创建更多空间。然后，我通过执行 'people[5].someone=Rob;.' 在我认为给空间的内容之外写入内存。这仍然有效，因为我可以访问该内存位置的值。我的问题是为什么这行得通？我是否有可能通过写入我没有专门为人们定义的内存来覆盖内存？我实际上是否正确使用了 malloc 和 realloc ？正如我确实听说有一些方法可以测试它们是否在另一篇文章中成功。我是 C 的新手，所以如果我的假设或术语不正确，请纠正我。

Answer 1

首先，永远不要忘记释放你的记忆。

// NEVER FORGET TO FREE YOUR MEMORY
free(people);

至于这部分

//accessing memory on the heap I do not owe?
people[5].someone=Rob;
//prints "Robert" why is this okay? Am I potentially overwriting memory?
printf("%s\n",people[5].someone.name);

你只是幸运（或者在我看来是不幸的，因为你没有看到你正在做的逻辑错误）。

这是未定义的行为，因为您有两个单元格，但您访问了第 6 个单元格，您超出了范围。

Answer 2

我不是 C 方面的专家，甚至不是中级，大部分时间我都是用 C# 编程的，所以可能会有一些错误。

现代操作系统有一种称为内存管理器的特殊机制。使用这种机制，我们可以要求操作系统给我们一些内存。在 Windows 中有一个特殊的功能——VirtualAlloc。这是一个非常强大的功能，您可以在 MSDN 上阅读更多信息。

它工作得非常好，并为我们提供了所需的所有内存，但有一个小问题 - 它为我们提供了整个物理页面 (4KB)。好吧，其实这不是什么大问题，你可以像使用 malloc 分配一样使用这块内存。不会出错。

但这是一个问题，因为例如，如果我们使用 VirtualAlloc 分配一个 10 字节的块，它实际上会给我们 4096 字节的块，因为内存大小向上舍入到页面大小边界。所以 VirtualAlloc 分配了一个 4KB 的内存块，但我们实际上只使用了其中的 10 个字节。其余的 4086 已“消失”。如果我们创建第二个 10 字节数组，VirtualAlloc 会给我们另一个 4096 字节块，所以两个 10 字节数组实际上会占用 8KB 的 RAM。

为了解决这个问题，每个 C 程序都使用 malloc 函数，它是 C 运行时库的一部分。它使用 VirtualAlloc 分配一些空间并返回指向它的部分的指针。例如，让我们回到我们之前的数组。如果我们使用 malloc 分配 10 字节数组，运行时库将调用 VirtualAlloc 分配一些空间，malloc 将返回指向它开头的指针。但是如果我们第二次分配 10 字节数组，malloc 就不会使用 VirtualAlloc。相反，它将使用已经分配的页面，我的意思是它的可用空间。分配第一个数组后，我们的内存块中有 4086 字节的未使用空间。所以 malloc 会明智地使用这个空间。在这种情况下（对于第二个数组），它将返回指向 "address of chunk" + 10 的指针（这是一个内存地址）。

现在我们可以分配大约 400 个“十字节数组”，如果我们使用 malloc，它们将只占用 4096 个字节。使用 VirtualAlloc 的幼稚方式会占用 400 * 4096 bytes = 1600KB，与使用 malloc 的 4096 字节相比，这是一个相当大的数字。

还有另一个原因 - 性能，因为 VirtualAlloc 是一项非常昂贵的操作。但是，如果分配的块中有空闲空间，malloc 会做一些指针数学运算，但如果没有任何空闲分配的空间，它会调用 VirtualAlloc。实际上它比我说的要复杂得多，但我认为这足以解释原因。

好的，让我们回到问题上来。您为Array 数组分配内存。让我们计算一下它的大小：sizeof(Person) = sizeof(long) + sizeof(char[20]) = 4 + 20 = 24 bytes; sizeof(Array) = sizeof(Person) + 2 * sizeof(long) = 24 + 8 = 32 bytes。 2 个元素的数组将占用 32 * 2 = 64 字节。所以，正如我之前所说，malloc 会调用 VirtualAlloc 来分配一些内存，它会返回一个 4096 字节的页面。因此，例如让我们假设块的开始地址为 0。应用程序可以在分配页面时修改从 0 到 4096 的任何字节，并且不会出现任何页面错误。什么是数组索引array[n]？它只是数组的基数和计算为array + n * sizeof(*array) 的偏移量的总和。如果是person[5]，它将是0 + sizeof(Array) * 5 = 0 + 5 * 64 = 320 bytes。明白了！我们仍然在块的边界，我的意思是我们访问现有的物理页面。如果我们试图访问一个不存在的虚拟页面，就会发生页面错误，但在我们的例子中，它存在于地址 320（我们假设从 0 到 4096）。访问未分配的空间很危险，因为它会导致许多未知的后果，但我们确实可以做到！

这就是为什么你没有收到任何Access Violation at ****。但实际上要糟糕得多。因为例如，如果您尝试访问零指针，您将收到页面错误并且您的应用程序将崩溃，因此您将在调试器或其他工具的帮助下知道问题的原因。但是如果你超出了缓冲区并且你没有得到任何错误，你会在寻找问题的原因时发疯。因为很难找到这种错误。你甚至可以不知道它。所以永远不要超出堆中分配的缓冲区。实际上微软的 C 运行时有一个特殊的“调试”版本的 malloc 可以在运行时发现这些错误，但是您需要使用“调试”配置编译应用程序。另外，还有一些特殊的东西，比如 Valgrind，不过我对这些东西有点经验。

嗯，我写了很多，对不起我的英语，我还在学习它。希望对你有帮助。