你的C/C++程序为什么无法运行？揭秘Segmentation fault （1）

什么让你对C/C++如此恐惧？

晦涩的语法？还是优秀IDE的欠缺？
我想那都不是问题，最多的可能是一个类似这样的错误：

段错误（Segmentation fault）

这是新手无法避免的错误，也是老手极力回避也经常遇到的错误。
本篇，试图简略地剖析一段会引发这个错误的程序，带来一些启发。

先看两份代码，一份是错误的.

错误代码

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

void func1(char ** dest,char * src,int n) {
    (*dest) = (char*)malloc(sizeof(char)*n);
    strcpy(*dest,src);

}

int main(int argc,char** args) {
    char ** p = NULL;
    char str[] = "foreach_break";
    int len = sizeof(str);
    printf("%d\n",len); 
    func1(p,str,len);   
    printf("%s\n",*p);
    free(p);
    p = NULL;
}

正确代码

#include "stdio.h"
#include "string.h"
#include "stdlib.h"


void func1(char ** dest,char * src,int n) {
    (*dest) = (char*)malloc(sizeof(char)*n);
    strcpy(*dest,src);

}

int main(int argc,char** args) {
    char * p = NULL;
    char str[] = "foreach_break";
    int len = sizeof(str);
    printf("%d\n",len);
    func1(&p,str,len);
    printf("%s\n",p);
    free(p);
    //p = NULL;
}

代码意图来自技术问答中的一个huffman树不能运行的问题。
当然，我剥离掉了大部分关于huffman的部分，并稍加改动。

它们最大的不同：
错误代码：

char ** p = NULL;
func1(p,str,len);

正确代码：

char * p = NULL;
func1(&p,str,len);

也许你会奇怪，你看到“正确”的代码中居然注释了这行：

//p = NULL;

参数传递

同时，可能有人会觉得指针char ** p向函数func1传递*p，与指针char * p向函数func1传递&p没什么不同啊？

嗯。这种想法也很有惯性，因为C语言没有类似这样的函数声明：
void func(int &)

同时，对char * p作&p操作不也得到个char **吗？

运行程序

那么，我们看看程序自己怎么说？

如果你经常遇到段错误，希望你仔细看明白上面的图在说什么。

野指针

所谓野指针，就是很野的指针，你不知道它指向了哪个地址，也不知道对这个地址取值是否会出错，但，野指针也是指针，有一个存放它的内存地址.

正确的代码中，存放指针p的地址是0x7fffffffddc0;
错误的代码中，存放指针p的地址是0x7fffffffdd78；

零指针

所谓零指针，就是指向了0x0的指针.对这个0x0取值是否会出错呢？你想一想.

悬浮指针

你对于在正确的程序中注释了p = NULL而感到不解？
其实这没什么，取决于这个指针p在后续代码中怎么使用.

free(p);

这句代码的执行，会释放掉指针p所指向的内存地址，归还给操作系统.
当然前提是这个地址确有所指、你也有权访问它.

p = NULL;

这句代码的执行，是让指针p指向了0x0，变回了空指针.

虽然它指向的内存已经被释放，但是它还指向那个地址.

这就是悬浮指针，指向的地址已经不可用确还指向，就不是确有所指.

由于我们的main函数即将执行完毕，所以在它返回后，存放空指针p的地址会被释放.

因为指针p是main函数的一个临时变量.

所以我们可以毫无顾虑的注释掉p = NULL.

内存泄露

另外，如果free(p)没有被执行，而先执行了p = NULL，那么p原来指向的内存空间可能就无法被正确释放，如果再也没有其它的引用指向了那块地址，那块地址就被遗忘在那里，同时不能被回收.

这个，叫内存泄露 （Memory Leak）.

接着看程序

现在，我们来看看函数func1的调用。

首先，是C代码：

然后是两段代码的对比：

你应该已经看出了差别。

错误的代码的dest参数传入了0x0.

接着是执行：

(*dest) = (char*)malloc(sizeof(char)*n);

这句代码在进行（*dest）时就会发生段错误.

究其原因，就在于char ** p = NULL让p变成了零指针，*p相当于对0x0这个地址取值.

应用程序启动时，操作系统会建立一个进程（process），这个进程拥有自己独立的地址空间，称作虚拟地址空间（virtual memory space）.

0x0在这个空间中，不能被访问.

试图访问一个不能被访问的空间，就会段错误.

总结

段错误的一种，我们探索完毕.
现在你知道以下两种操作的含义了吗？

/* p指向的地址，对其取值，如果这个地址有东西，也有权取，没问题.*/
char ** p -> *p; (1)
/* 存放p的地址，或者指向p的引用，这个地址必然有东西,所以没问题*/
char * p -> &p   (2);

本篇结束.