Dangling Pointers----悬挂指针

1. Dangling Pointers---悬挂指针

如果指针在被释放后，仍然引用原来的内存，就叫做悬挂指针。该指针不指向任何有效的对象。有时称为过早释放。

使用悬挂指针能导致几种不同的问题，包括：

• 不可预知的行为，如果访问内存
• 分段错误，当内存不再是可访问
  
• 潜在的安全风险

如下情况将产生这些错误：

• 释放后访问内存
• 一个指针返回到前一个函数调用的自动变量
  

2. 悬挂指针举例

下面是一个简单的例子，我们使用malloc函数给一个整形变量分配内存，接着使用free函数释放内存：

int *pi = (int*) malloc(sizeof(int));
*pi = 5;
printf("*pi: %d\n", *pi);
free(pi);

变量pi仍然指向分配的整形地址。不过，这块内存可能被堆管理器重新使用，可能存放不是整形的数据。下图说明了程序在执行free函数前后的状态。变量pi假定是main函数的一部分，被分配到地址100处。用malloc分配的内存指向地址500处.

当执行free函数，地址500被收回，并且不应当被使用。不过，很多实时系统不能阻止后续的访问和修改。我们可能还会试图去给这块区域赋值，如下代码所示。这个行为的结果是不可预知的。

free(pi);
*pi = 10;

一个更具有欺骗性的例子是多个指针引用同一片内存，而其中一个被释放了。如下所示，p1和p2引用了同一块内存区域，称为指针别名。不过，p1已经被释放了：

int *p1 = (int*) malloc(sizeof(int));
*p1 = 5;
...
int *p2;
p2 = p1;
...
free(p1);
...
*p2 = 10;  // Dangling pointer

下图说明了内存分配情况，虚框代表已经释放的内存。

当使用块语句是，将发生一个细小的问题，如下代码所示。pi指向变量tmp的地址。变量pi可能是一个全局或者局部变量。然而，当tmp的封闭块弹出程序堆栈后，该地址不再有效了：

int *pi;
...
{
int tmp = 5;
pi = &tmp;
}
// pi is now a dangling pointer
foo();

很多编译器会认为块语句是一个栈帧。变量tmp分配在栈帧上，紧接着在块语句退出后弹出栈。现在指针pi指向的内存区域可能最终被不同的活动记录修改，例如函数foo。下图说明了这种情况：

3. 处理悬挂指针

有时很难解决指针产生的问题。存在某些解决悬挂指针的方法，包括：

• 释放后将指针置为NULL。继续使用该指针将导致程序终止。然而，如果有多个指针副本存在，问题可能持续发生。因为赋值只影响其中一个副本。
• 编写特殊的函数代替free函数
• 某些系统(实时/调试器)，当指针释放后，会重写数据(例如)xDEADBEEF - Visual Studio会使用0xCC，0xCD，或者0xDD，依赖释放的是什么)。
• 使用第三方工具检测悬挂指针和其他问题。

显示指针的值有助于调试悬挂指针，但如何显示指针的值需要谨慎对待。assert宏也是很有效的工具。

4. 调试版本帮助检测内存泄露

借助调试工具检测内存泄露

翻译自Understanding and Using C Pointers