为什么这个 C 函数有副作用?

Question

有人可以帮助我了解这个C程序有什么问题吗？

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
struct Box {
int **value;
};
void nop(void) {
/* Why does this function have side effects? */
void *a = malloc(sizeof *a);
free(a);
}
struct Box *makeBox(void) {
int *value = NULL;
struct Box *box = malloc(sizeof *box);
box->value = &value;
return box;
}
int main(void) {
struct Box *box = makeBox();
printf("Dereferenced: %pn", *box->value);
nop();
printf("Dereferenced: %pn", *box->value);
}

如果我运行它，它会打印：

Dereferenced: (nil)
Dereferenced: 0x562831863727

但是，如果我注释掉nop函数，我会得到：

Dereferenced: (nil)
Dereferenced: (nil)

有人可以帮助我理解为什么打电话nop会改变*box->value吗？

Answer 1

基本上，nop()函数具有"副作用"，只是由于使用堆栈。问题出在makeBox()函数中，该函数正在设置指向堆栈变量的指针。我在片段中添加了一些评论：

struct Box *makeBox(void) {
// value is an integer pointer on the stack
int *value = NULL;
struct Box *box = malloc(sizeof *box);
// box->value is set to the address of the stack location of value
box->value = &value;
return box;
}

当nop()在堆栈上分配a时，它实际上是在踩踏另一个指针所在的堆栈。这是一个示例，说明为什么不能返回指向堆栈变量的指针，因为该指针不会保留在分配它的函数的范围之外。

Answer 2

程序具有未定义的行为。mainbox->value指针包含不确定的值。在makeBox里面，它曾经指向一个局部变量value，但现在makeBox已经完成，这个局部变量永远消失了。尝试取消引用它作为*box->value会导致未定义的行为。这就是你观察到的。

Answer 3

使用您发布的代码(为了可读性而略有修改：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
struct Box
{
int **value;
};

void nop(void)
{
/* Why does this function have side effects? */
void *a = malloc(sizeof *a);
free(a);
}

struct Box *makeBox(void)
{
int *value = NULL;
struct Box *box = malloc(sizeof *box);
box->value = &value;
return box;
}

int main(void)
{
struct Box *box = makeBox();
printf("Dereferenced: %pn", *box->value);
nop();
printf("Dereferenced: %pn", *box->value);
}

编译时始终启用警告。 然后修复这些警告。 (对于gcc，至少使用：

-Wall -Wextra -Wconversion -pedantic -std=gnu11

这将导致编译器输出几条警告消息。

(仅仅因为消息说"警告"而不是"错误"并不意味着可以忽略警告。

警告：

：

1. 13：29： 警告：对空类型"sizeof"的应用无效 [-Wpointer-arith]

：

2. 30：12： 警告：格式"%p"需要类型参数 'void *'，但参数 2 的类型为 'int *' [-Wformat=]

：

3. 32：12： 警告：格式"%p"需要类型为"void *"的参数，但参数 2 的类型为"int *" [-Wformat=]

编辑：makebox()函数返回局部变量的地址。 当函数退出时，局部变量超出范围。 所以这是未定义的行为。

调用函数时，上述未定义的行为是一个问题：nop()，因为它使用的堆栈区域与"makebox(("函数中使用的堆栈区域相同。

局部变量：void *a使用与makebox()函数变量value相同的堆栈部分。

因此，当main()函数取消引用struct Box, which points to the same area on the stack, and that area has been modified by the later call tonop((' 中的字段时，堆栈上的值(该区域(已更改。

因此，对printf()的调用将在第一次调用时拾取原始值，在第二次调用时将拾取从呼叫返回的地址malloc()

即 修改代码，使其没有任何未定义的行为。 这可以通过更改struct box以使其包含实际数据或移动局部变量来完成：value到某个"安全区域"，例如为其提供文件范围，也许通过在变量声明之前插入修饰符static