C指针奇怪的未定义行为

2019-08-24 18:08:27 阅读：172 来源： 互联网

使用-O2(或者-O3)进行编译并运行该程序会在我的机器上产生有趣的结果.

#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    // Pointer to an int in the heap with a value of 5
    int *p = new int(5);
    // Deallocate the memory, but keep a dangling pointer
    delete p;
    // Write 123 to deallocated space
    *p = 123;
    // Allocate a long int in the heap
    long *x = new long(456);

    // Print values and pointers
    cout << "*p: " << *p << endl;
    cout << "*x: " << *x << endl;
    cout << "p:  " << p << endl;
    cout << "x:  " << x << endl;

    cout << endl << "Changing nothing" << endl << endl;

    // Print again without changing anything
    cout << "*p: " << *p << endl;
    cout << "*x: " << *x << endl;
    cout << "p:  " << p << endl;
    cout << "x:  " << x << endl;

    return 0;
}

g -O2 code.cc; ./a.out

*p: 123
*x: 456
p:  0x112f010
x:  0x112f010

Changing nothing

*p: 456
*x: 456
p:  0x112f010
x:  0x112f010

我正在做的是写入p指向的堆中的deallocated int,然后分配一个带地址x的long.我的编译器始终将长整数放在与p – >相同的地址上. x == p.
现在,当我取消引用p并打印它时,它保留了123的值,即使它已被长456重写.* x然后打印为456.甚至更奇怪的是,稍后,没有改变任何东西,打印相同的值产生预期的结果.我认为这是一种优化技术,它只在打印值* p后使用时初始化* x,这可以解释它.然而,一个objdump说了别的.这是一个截断并注释的objdump -d a.out：

00000000004008a0 <main>:
  4008a0:   41 54                   push   %r12
  4008a2:   55                      push   %rbp

Most likely the int allocation, where 0x4 is the size (4 bytes)
  4008a3:   bf 04 00 00 00          mov    $0x4,%edi
  4008a8:   53                      push   %rbx
  4008a9:   e8 e2 ff ff ff          callq  400890 <_Znwm@plt>

I have no idea what is going on here, but the pointer p is in 2 registers. Let's call the other one q.
q = p;
  4008ae:   48 89 c3                mov    %rax,%rbx

  4008b1:   48 89 c7                mov    %rax,%rdi

*p = 5;
  4008b4:   c7 00 05 00 00 00       movl   $0x5,(%rax)

delete p;
  4008ba:   e8 51 ff ff ff          callq  400810 <_ZdlPv@plt>

*q = 123;
  4008bf:   c7 03 7b 00 00 00       movl   $0x7b,(%rbx)

The long allocation and some other stuff (?). (8 bytes)
  4008c5:   bf 08 00 00 00          mov    $0x8,%edi
  4008ca:   e8 c1 ff ff ff          callq  400890 <_Znwm@plt>
  4008cf:   44 8b 23                mov    (%rbx),%r12d
  4008d2:   be e4 0b 40 00          mov    $0x400be4,%esi
  4008d7:   bf c0 12 60 00          mov    $0x6012c0,%edi

Initialization of the long before the printing
*p = 456;
  4008dc:   48 c7 00 c8 01 00 00    movq   $0x1c8,(%rax)

  4008e3:   48 89 c5                mov    %rax,%rbp

The printing
  4008e6:   e8 85 ff ff ff          callq  400870 <_ZStlsISt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIcT_ES5_PKc@plt>
........

现在,尽管* p已被长初始化(4008dc)覆盖,但它仍然打印为123.

我希望我在这里有任何意义,谢谢你的帮助.

让自己清楚：
我试图弄清楚幕后发生了什么,编译器做了什么,以及为什么生成的编译代码与输出不对应.我知道这是不明确的行为,而且任何事情都可能发生.但这意味着编译器可以生成任何代码而不是CPU将编写指令.欢迎任何想法.

PS：别担心,我不打算在任何地方使用它;)

编辑：在我朋友的机器(OS X)上,即使进行优化也能产生预期的结果.

解决方法:

您过早地停止查看反汇编输出(或者至少您没有发布与您的问题相关的下几行).他们可能看起来像：

movl    %r12d, %esi
movq    %rax, %rdi
call    _ZNSolsEi
movq    %rax, %rdi
call    _ZSt4endlIcSt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIT_T0_ES6_

rbx和r12是必须在Linux上GCC使用的x64 ABI中的函数调用之间保留的寄存器.在分配了long之后,你会看到这条指令：

mov    (%rbx),%r12d

之前在指令流中使用rbx包括：

mov    %rax,%rbx       ; store the `p` pointer in `rbx`

...

movl   $0x7b,(%rbx)    ; store 123 where `p` pointed (even though it has been freed before)

... 

mov    (%rbx),%r12d    ; read that value - 123 - back and into `r12`

然后你看到我在上面发布的片段,这是没有进入你的问题的反汇编,并且对应于cout的一部分<< “* p：”<< * p<< endl声明：

movl    %r12d, %esi    ; put 123 into `esi`, which is used to pass an argument to a function call

并打印123.

标签：c,undefined-behavior,pointers
来源： https://codeday.me/bug/20190824/1710227.html

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