简介:

在计算机编程领域中，迷途指针，或称悬空指针、野指针，指的是不指向任何合法的对象的指针。

当所指向的对象被释放或者收回，但是对该指针没有作任何的修改，以至于该指针仍旧指向已经回收的内存地址，此情况下该指针便称迷途指针。若操作系统将这部分已经释放的内存重新分配给另外一个进程，而原来的程序重新引用现在的迷途指针，则将产生无法预料的后果。因为此时迷途指针所指向的内存现在包含的已经完全是不同的数据。通常来说，若原来的程序继续往迷途指针所指向的内存地址写入数据，这些和原来程序不相关的数据将被损坏，进而导致不可预料的程序错误。这种类型的程序错误，不容易找到问题的原因，通常会导致段错误(Linux系统中)和一般保护错误（Windows系统中）。如果操作系统的内存分配器将已经被覆盖的数据区域再分配，就可能会影响系统的稳定性。某些编程语言允许未初始化的指针的存在，而这类指针即为野指针。野指针所导致的错误和迷途指针非常相似，但野指针的问题更容易被发现。

迷途指针的成因

野指针主要是因为这些​​疏忽​​​而出现的​​删除​​​或申请访问受限​​内存​​​​区域​​的指针。有以下三种情况：

a.指针变量未初始化：任何​​指针变量​​刚被创建时不会自动成为NULL指针，它的缺省值是随机的，它会乱指一气。所以，指针变量在创建的同时应当被初始化，要么将指针设置为NULL，要么让它指向合法的内存。

b.指针释放之后未置空：有时​​指针​​在free或delete后未赋值 NULL，便会使人以为是合法的。别看free和delete的名字（尤其是delete），它们只是把指针所指的内存给释放掉，但并没有把指针本身干掉。此时指针指向的就是“垃圾”内存。释放后的指针应立即将指针置为NULL，防止产生“野指针”。

c.指针操作超越变量作用域：不要返回指向栈内存的指针或引用，因为栈内存在函数结束时会被释放。

在很多编程语言中（如C语言）从内存中删除一个对象或者返回时删除栈帧后，并不会改变相关的指针的值。该指针仍然指向原来的内存地址，即使引用已经删除，现在也可能已经被其它进程使用了。

一个直接的例子，如下所示:

{
   char *cp = NULL;
   /* ... */
   {
       char c;
       cp = &c;
   } /* c falls out of scope */          
     /* cp is now a dangling pointer */
}

上述问题的解决方法是在该部分程序退出之前立即给CP赋0值(NULL)。另一个办法是保证CP在没有初始化之前，将不再被使用。

迷途指针经常出现在混杂使用malloc() 和 free() 库调用: 当指针指向的内存释放了，这时该指针就是迷途的。和前面的例子一样，一个避免这个错误的方法是在释放它的引用后将该指针的值重置为NULL，如下所示：

#include 
{
    char *cp = malloc ( A_CONST );
    /* ... */
    free ( cp );      /* cp 现在变成了一个悬空指针 */
    cp = NULL;        /* cp 现在不是悬空了 */
    /* ... */
}

有个常见的错误是当返回一个基于栈分配的局部变量的地址时，一旦调用的函数返回，分配给这些变量的空间将被回收，此时它们拥有的是"垃圾值"。

int * func ( void )
{
    int num = 123;
    /* ... */
    return #
}

在调用func之后一段时间，尝试从该指针中读取num的值，可能仍然能够返回正确的值(123)，但是任何接下来的函数调用会覆盖原来的栈为num分配的空间。这时，再从该指针读取num的值就不正确了。如果要使一个指向num的指针都返回正确的num值，则需要将该变量声明为static。

野指针的产生

野指针指的是还没有初始化的指针。严格地说，编程语言中每个指针在初始化前都是野指针。

一般于未初始化时便使用指针就会产生问题。大多数的编译器都能检测到这一问题并警告用户。

int f(int i)
{
    char* cp;    //cp 是野指针
    static char* scp;  //scp 不是野指针，静态变量自动初始化为0并保留它们的值
//使用这种特征可能被认为坏的编程风格
}

规避野指针

a.初始化时置 NULL

指针变量一定要 ​​初始化​​​为NULL，因为任何指针变量(除了static修饰的指针变量)刚被创建时不会自动成为NULL指针，它的 ​​缺省值​​是随机的。

b。释放时置 NULL 当指针p指向的内存空间释放时，没有设置指针p的值为NULL。delete和free只是把内存空间释放了，但是并没有将指针p的值赋为NULL。通常判断一个指针是否合法，都是使用if语句测试该指针是否为NULL。例如：

  1. int *p=newint(6);
  2. delete p;
  3. // 应加入 p=NULL; 以防出错
  4. // ...
  5. if(p != NULL)
  6. {
  7. *p=7;
  8. cout << p << endl;
  9. }

对于使用 free 的情况，常常定义一个宏或者函数 xfree 来代替 free 置空指针：

  1. #define xfree(x) free(x); x = NULL;
  2. // 在 C++ 中应使用 nullptr 指代空指针
  3. // 一些平台上的 C/C++ 已经预先添加了 xfree 拓展，如 GNU 的
  4. libiberty
  5. xfree(p);
  6. // 用函数实现，例如 GitHub 上的 AOSC-Dev/Anthon-Starter #9：
  7. static inline void *Xfree(void *ptr) {
  8. free(ptr);
  9. #ifdef __cplusplus
  10. return nullptr;
  11. #else
  12. return NULL;
  13. #endif
  14. }
  15. q=Xfree(q);


所以动态分配内存后，如果使用完这个动态分配的内存空间后，必须习惯性地使用delete操作符取释放它。


迷途指针导致的安全漏洞

如同缓存溢出错误，迷途指针/野指针这类错误经常会导致安全漏洞。 例如，如果一个指针用来调用一个虚函数，由于vtable指针被覆盖了，因此可能会访问一个不同的地址(指向被利用的代码)。或者，如果该指针用来写入内存，其它的数据结构就有可能损坏了。一旦该指针成为迷途指针，即使这段内存是只读的，仍然会导致信息的泄露(如果感兴趣的数据放在下一个数据结构里面，恰好分配在这段内存之中)或者访问权限的增加(如果现在不可使用的内存恰恰被用来安全检测).

避免迷途指针的错误

避免迷途指针，有一种受欢迎的方法——即使用智能指针（Smart pointer）。智能指针使用引用计数来回收对象。一些其它的技术包括tombstone法和locks-and-keys法。

另外，可以使用 DieHard 内存分配器，它虚拟消除了类似其它内存错误(不合法或者两次释放内存)的迷途指针错误。

还有一种办法是贝姆垃圾收集器，一种保守的垃圾回收方法，能够替代C和C++中标准内存分配函数。这种方法完全消除了迷途指针的错误，通过去除内存释放的函数代之以垃圾回收器完成对象的回收。像Java语言，迷途指针这样的错误是不会发生的，因为Java中没有明确地重新分配内存的机制。而且垃圾回收器只会在对象的引用数为零时重新分配内存。

迷途指针的检测

为了能发现迷途指针，一种普遍的编程技术——一旦指针指向的内存空间被释放，就立即把该指针置为空指针或者为一个非法的地址。当空指针被重新引用时，此时程序将会立即停止，这将避免数据损坏或者某些无法预料的后果。这将使接下来的编程过程产生的错误变得容易发现和解决了。这种技术在该指针有多个复制时就无法起到应有的作用了。

一些调试器会自动地用特定的模式来覆盖已经释放的数据，如​​0xDEADBEEF​​​ (Microsoft's Visual C/C++ 调试器，例如，根据哪种类型被释放采用 ​​0xCC​​​，​​0xCD​​​ 或者 ​​0xDD​​)。这种方法通过将数据无用化，来防止已经释放的数据重新被使用。这种方法的作用是非常显著的 (该模式可以帮助程序来区分哪些内存是刚刚释放的)。

某些工具，如Valgrind， Mudflap或者 LLVM可以用来检测迷途指针的使用。

作者：Chen洋

本文版权归作者和博客园共有，欢迎转载，但未经作者同意必须保留此段声明，且在文章页面明显位置给出原文连接，否则保留追究法律责任的权利.

参考：

 ​​https://baike.so.com​​