盘点：常见的Linux C指针错误

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我是靠谱客的博主虚心黑裤，最近开发中收集的这篇文章主要介绍盘点：常见的Linux C指针错误，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

指针是C语言的核心内容，同样也是C语言中的难点，更是C语言的一大缺陷。大部分初学者在编写与指针相关的Linux C程序时都会碰到“Segmentation Default”的错误，令人头疼而不知所措。

本篇博客总结了本人在学习Linux C的历程中遇见的所有指(nei)针(xin)错(beng)误(kui)，希望这些惨痛教训对读者们今后的Linux C编程具有一定的警示作用。

“swap”型指针错误

还是从最开始的swap函数错误写法说起：

#include <stdio.h>
void swap(int num_1, int num_2);

int main(int argc, char **argv)
{
    int num_1 = 23;
    int num_2 = 34;
    printf("Before the change:nnum_1=%d, num_2=%dn", num_1, num_2);
    swap(num_1, num_2);
    printf("After changing:nnum_1=%d, num_2=%dn", num_1, num_2);
    return 0;
}

void swap(int num_1, int num_2)
{
	int temp = num_1;
	num_1 = num_2;
	num_2 = temp;
}

上述代码的改正措施就是在swap的参数列表里传入num_1与num_2的地址，然后再对两指针指向的内存单元进行值交换操作。初步了解了C语言的读者就已经知道了这种写法的错误根源，在于自定义swap函数与main函数中对应的num_1、num_2操作单元的不一致，即两个函数里定义与操作的变量是存在于不同的两块存储空间里的。因而发生下面这种指针错误就不足为奇了：

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

void stringSet(char *str);

int main(int argc, char **argv)
{
    char *str = NULL;

    stringSet(str);

    printf("%sn", str);
                
}
void stringSet(char *str)
{
    str = (char *)malloc(256);
    strncpy(str, "This is a wrong example!", 256);
}

将此程序放在Linux上一执行，程序立马挂掉，并抛出“Segmentation Default”的错误。将此程序放在GDB调试器上一调试，就会发现程序执行到第12行时，str的值仍然是0x00，即NULL。就着之前swap函数的例子，多数经验欠缺的读者也许会疑惑：stringSet这个函数里面传入的不也是指针型变量吗，但为何不能成功让str指向一个malloc分配的空间并给它赋值呢？要说明白其中的道理，就不得不从内存的角度去解释其中的本质：

在这里插入图片描述
先来解释一下程序的大致运行流程：

程序一执行，就会在内存里给main()主体里分配一块区域，这块区域里就会有在main函数里面定义的空指针str（如上图）；
当程序执行到stringSet()处时，此时操作系统就会在内存里分配另一块区域给stringSet，并在这个区域里面完成对此区域中stringSet的操作，执行stringSet函数结束，这块区域被操作系统回收，此区域的str不复存在；
执行完stringSet后，回到主函数main里面，继续执行下面的代码，之后main函数里str未改变，所以值依旧是NULL。

可见，stringSet函数里的str是因为stringSet函数的空间未关联上main这块空间进而没改变main里面str的值，这是stringSet函数错误的本质原因，而swap函数的改正版本——将main函数里num_1和num_2的地址作为参数传入swap函数，就是告诉处在swap函数那片空间的num_1和num_2指针，去操作地址为main函数里的num_1和num_2，这样一来，二者便产生了关联，也就成功进行了操作。所以说，修正stringSet的方法，就是把主函数里str指针的地址——二级指针&str作为参数传入stringSet函数，然后进行后续的操作，这样才是正确的写法。

修改只读数据段：

先说一下一个C程序在内存上的布局：
在这里插入图片描述
各个变量在程序运行时所在存储空间的位置如下：
局部变量——存在于栈区，程序运行离开所在程序段的花括号之后，该区域的内存会被操作系统回收，局部变量的生存周期仅限于对应程序段的花括号内；
malloc或realloc分配出的空间——存在于堆区，由用户自己管理，不需使用时，用free释放，若在程序中已经未使用而且未free，则有可能出现内存泄漏；
*.rodata(只读数据段)——存放用户自定义的宏或字符串常量（char ptr = “hello”）、const型常量。

上图详细的说明了各种类型的变量在程序运行时在内存上的布局。由此可见，像数据段这种存放常量和全局变量的区域，在程序运行时是受操作系统保护的，因为其生存周期长，在程序运行时不易被操作系统释放。所以下面这种操作就属于非法的指针操作了：

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

int main(int argc, char **argv)
{
    char            *pc = "There is a exception in the program!n";
    char            *pc_1 = strstr(pc, "a ");

    printf("%s", pc);

    *(++pc_1) = 'n';

    printf("%s", pc);
    
    return 0;
}

以上代码就是由于用指针修改了只读数据段而产生的异常，程序在执行完第11行代码后就因为异常而终止。代码的第六行定义了一个指针pc，然后再让pc指向一个字符串首地址，这行代码的含义不是说的对指针pc进行初始化，而是让指针pc指向只读数据段中的一片区域，由于此区域在程序运行时受操作系统保护，所以之后的自行修改这个端的内容就会产生异常。而要修正此程序，只需将pc定义为一个字符数组即可，因为这个数组是局部变量，存放在程序存储空间里的栈区，用户自行修改此区域的内容是合法的。

局部数组返回型

就着上面一节里面的程序内存布局图，我们可以得出结论，变量在程序运行时的生存周期不同，决定了用户定义变量时的位置。局部变量的生存周期是最短的，因而把握不好变量定义的位置，就极易引起以下的指针异常：

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

char *stringSet();

int main(int argc, char **argv)
{
    printf("%sn", stringSet());
}

char *stringSet()
{
    char str[] = "This is a wrong example!";
    return str;
}

上述程序在编译之后操作系统也许会给出警告，但警告的意思不太明确，当程序一运行，便立马产生指针错误了。按照之前所说的，str数组在stringSet函数体里定义，属于局部变量，返回的str是一个指针，它指向数组str的首地址，离开stringSet的花括号，str的首地址虽然返回了，但是str所在的存储空间却被操作系统释放了，所以这时候的str空间是一个非法的内存空间，之后程序想打印出这个数组的内容，便是访问了非法空间，造成了指针错误。

一般来说，修正上述程序的方法有两种，即定义str数组为全局变量，或者定义一个str char指针，指向一段由malloc分配的空间，然后在对这段内存进行操作。但是C程序设计有着一个基本原则，那就是在程序设计时少用全局变量，所有前者的改进方法一般不提倡。

自定义非法地址

这种指针错误在算法型程序设计里面比较少见，但是在单片机编程和ARM-Linux编程里面比较多见，错误的原因在于用户自作主张随意定义了一个地址，然后对该地址所在的内存区域进行了操作。

#include <stdio.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    int *gpio_p1 = (int *)0xDEAF8534;

    printf("&gpio_p1 = %6pn", gpio_p1);

    *gpio_p1 = 28;

    printf("gpio_p1 = %dn", *gpio_p1);

    return 0;
}

以上的代码里，0xDEAF8534就是一个非法的地址，之后对该地址的任何操作都是非法的，所有产生了指针错误。