[科普中国]-迷途指针

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。1

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，通常会导致存储器区块错误（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。

成因在很多编程语言中（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 now becomes a dangling pointer */ cp = NULL; /* cp is no longer dangling */ /* ... */}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 = 1234; /* ... */ 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（1234），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。

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。

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所