野指针与段错误问题

一、什么是野指针

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所谓野指针，就是指针指向一个不确定的地址空间，或者虽然指向一个确定的地址空间，但引用空间的结果却是不可预知的，这样的指针就称为野指针。 案例1：

int main(void) {
    int *p;
    *p = 10;
    return 0;
}

在本例中，p是自动局部变量，由于p没有被初始化，也没有被后续赋值，那么p中存放的是一个随机值，所以p指向的内存空间是不确定的。访问一个不确定的地址空间，结果显然是不可预知的。 案例2：

int main(void) {
    int *p=0x13542354;
    *p = 10;
    return 0;
}

在本例中，p虽然指向了一个确定地址0x43542354的空间，但是它对应的空间是否存在，其读写权限是否满足程序的访问要求，都是未知数，所以导致的结果也是未知的。

通过以上两个例子可以了解到，在给指针变量绑定地址指向某个空间时，一定要是确定的，不能出现不可预知性。一旦出现未知性，它就是一个野指针，即使某一次没有产生严重后果，但埋下了这颗“地雷”后，就留下了不可预知的隐患，对于程序来说这是不可接受的。

二、野指针可能引发的危害

① 引发段错误 段错误就是地址错误，其实是一种对程序和系统的保护性措施。一旦产生段错误，程序会立即终止，防止错误循环叠加，产生雪崩式的错误。

② 未产生任何结果 有的时候，使用野指针虽然指向了一个未知的地址空间，但是这个空间可以使用，而且该空间和程序中的其他变量空间没有交集，对野指针指向的空间进行了读写访问后，也不会对程序产生任何影响。虽然如此，这种野指针也是必须要极力避免的，因为这个隐患很可能在后面的程序运行中导致严重的错误，而且这种错误很难排查。

③ 引发程序连环式错误 访问野指针产生的错误循环叠加，轻则程序结果严重扭曲，重则直接导致程序甚至系统崩溃。

三、野指针产生的原因

野指针产生的原因大概有如下三种。

❶ 在使用指针前，忘记了将指针变量初始化或者赋值为一个有效的空间地址，导致指向的不确定。

❷ 不清楚某些地址空间的访问权限，但是指针试图指向这些空间，并且按照不允许的权限去操作，如下所示。

int *p = "hello" *(p+1) = 'w';

由于hello作为字符串常量，存放在内存中的常量区中，该段内存只允许读操作。但是该例子却想将'e'修改'w'，试图写不允许写的空间，一定会导致段错误。

❸ 访问空间时，内存越界导致野指针，如下所示。

int buf[4] = {0};
*(buf+4) = 10;

数组只有0、1、2、3这几个成员，但是例子中却试图访问超出数组范围的空间，导致要么段错误，要么程序结果不对，要么虽然没有明显错误，但是留下一个隐患可能会导致程序崩溃。

四、如何避免野指针

避免野指针的方法大致有如下四点。

❶ 养成良好习惯，定义指针变量时，将其赋值为NULL。如果说真的访问到NULL了，起码直接导致段错误，可以立即终止程序的运行，避免更加严重的错误，而且这种情况导致的段错误也好排查。

❷ 在使用指针变量前，一定要对指针变量初始化或赋值，让它指向一个有效且确定的空间。

❸ 检查指针的有效性，在使用指针前，做一下指针是否为空的判断，如下所示。

int *p=NULL；
if(NULL != p) {
    *p = 100;
} else printf("p == NULL\n")

对于底层的驱动程序而言，在使用某个指针之前，先做指针是否为空的判断是很有必要的。因为绝大多数的野指针，都是由于我们忘记了初始化或者赋值导致的，这样的判断可以及时提醒我们有没有初始化或者赋值，通过这种方式可以在很大程度上避免野指针的情况。但是另一种情况就很难预防了，比如我们给指针变量初始化或者赋值时，自己给错地址了，导致指向的空间无效，面对这种情况时，程序员自己就需要多加小心了。

❹ 当我们确定某个指针变量不再使用时，我们就将其赋值为NULL，这么做的目的，就是防止它继续指向不再需要的空间，从而可能导致内存空间的值被篡改。

如果严格遵守以上规则，代码会写得很累。如果代码量少且程序员本身经验又很丰富，可以不用按照上面的步骤来做，但是如果本身经验不足且项目较大时，我们还是尽量按照上面的步骤来做。

五、NULL到底是什么

在C/C++中，NULL是这么定义的。

ifdef _cplusplus         // 如果这个符号定义了，表示当前运行的是C++环境，否者就是C环境
#define NULL 0            // 在c++中NULL被定义为0
#else
#define NULL (void*)0     // 在C中NULL被定义为(void*)类型的0
#endif

NULL在C++和C语言中，会被定义成不同的形式。在C++中，NULL指针可以表示为整型数字0，不会做严格的类型检查；但是在C语言中就不行，会做严格的类型检查。

六、段错误产生的原因汇总

① 什么是段错误（Segmentation fault）

段错误本质上指的就是指针错误（地址错误），之所以称为段错误，大概是因为C语言的内存结构是由不同的内存段组成的，所以指针错误又被称为了段错误。

② 段错误产生的原因

段错误分为两种，一种是大段错误，另一种是小段错误。大段错误产生的原因是，指针变量指向的地址空间根本不存在。小段错误产生的原因是，指针变量指向的地址空间存在，但是对该空间的操作权限受到了限制，比如希望写，但是该空间不允许写，这也会导致段错误。