17_堆

Posted 2024-10-13 Updated 2024-10- 13

By Administrator

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#include <stddef.h>
#include <tchar.h>
#include <string.h>
#include <crtdbg.h>
#include <stdlib.h>

#ifdef _DEUBG
#DEFINE malloc(n) _malloc_dbg(n, _NORMAL_BLOCK, __FILE__, __LINE__)
#endif

int main(){
  int *p = (int *)malloc(4);
  *p = 999;

  char *psz = (char *)malloc(20);
  strcpy(psz, "Hello");

  char *psz2 = (char *)realloc(p, 1);
  psz2 = "a";

  p = (int *)realloc(psz2, 80);
  p[0] = ox6666;
  p[1] = 0x8888;

  free(p);
  free(psz);

  return 0；
}
可以自己调试试试

在程序开发中，发布版（Release）和调试版（Debug）对于内存管理和堆的结构处理有显著的不同。以下是两者在堆结构上的差异：

1. 内存分配策略

调试版（Debug）：为了帮助开发者调试，调试版通常会在堆分配的内存块周围增加额外的字节（称为哨兵或保护字节），这些字节用来检测缓冲区溢出和未初始化的内存。调试堆会在每个内存块的前后添加特定的字节标记（例如 0xFD 或 0xCD），以便监控内存溢出或非法内存访问行为。
举例来说，在调试版中，C++ 标准库中的 malloc() 或 new 会在堆内存块的前后加上保护字节，防止溢出，并且会记录分配的调用栈，方便在出现问题时定位内存泄漏等问题。
发布版（Release）：为了提高性能，发布版通常会省去这些额外的检测机制，仅分配程序实际需要的内存。堆分配和释放的效率更高，但不会进行内存溢出保护或未初始化内存的检查。

2. 内存对齐

调试版（Debug）：调试版堆在内存分配时可能会额外对齐内存，以便更容易调试某些问题，并为调试器提供额外信息。例如，分配的内存块可能会被对齐到更大的边界。
发布版（Release）：发布版通常会采用更高效的内存对齐策略，避免浪费过多的内存空间，以获得最佳的性能和内存使用率。

3. 内存管理函数的额外开销

调试版（Debug）：在调试版本中，通常会使用带有调试信息的内存管理函数。例如，某些库会提供 malloc_dbg() 和 free_dbg() 这类带有调试功能的分配和释放函数，用来记录分配堆内存时的文件和行号，以及调用堆栈信息。这可以帮助开发者追踪内存泄漏和内存非法访问。
发布版（Release）：发布版使用标准的内存分配函数，如 malloc() 或 free()，不记录额外的调试信息。内存管理开销更低，但失去了调试功能。

4. 内存清理和初始化

调试版（Debug）：在调试版本中，分配的内存块通常会被初始化为某些预定义的值，例如 0xCDCDCDCD 或 0xCCCCCCCC，以便在调试过程中发现未初始化内存访问。这些值的存在帮助开发者更容易定位未初始化的内存问题。
发布版（Release）：发布版中，分配的内存通常不会被自动初始化（除非程序明确地进行初始化），以减少性能开销。这意味着内存块中的数据可能包含之前程序的残留数据。

5. 内存释放的处理

调试版（Debug）：在调试版中，释放的内存块可能不会立即被重新分配，以帮助开发者检测释放后继续使用（use-after-free）的问题。有时，调试堆会将释放的内存标记为某种特定值（例如 0xDDDDDDDD），防止已释放内存被误用。
发布版（Release）：在发布版中，内存块一旦被释放，就会立即返回到堆以供后续分配使用。这种策略提升了内存使用效率，但在某些情况下可能导致调试难度增加。

调试版的堆结构更加冗余，设计上更多关注内存安全和调试信息，例如：

增加内存溢出保护字节
提供调用栈信息
初始化未使用的内存
延迟内存释放
这些特性在调试时非常有帮助，但会带来性能损失。

之后写的都是debug版的堆

调试版堆里面FE EE，或DD DD表示堆空间空闲

未初始化的堆空间，初始化之后变为CD CD

堆的附加数据，在得到返回指针-0x20的位置，这出CD CD返回的是指针位置

一共分为十个字段

0x8205E0这个是前一个堆的地址，如果为0就是第一块堆
第二个红框是后一个堆的地址，如果为0就是最后一块堆
申请堆的文件的信息
申请的堆的代码的那行的行数
堆的体积，是用户用的体积，不包含附加数据的体积
堆的类型，0x01是normal堆
堆的编号，但是不能表示堆的总数，可能中间有被释放的
这第八个框的四个FD是上溢标志，如果这个四个FD不在了，表示程序上溢
堆的正文
这第十个框的四个FD是下溢标志，如果这个四个FD不在了，表示程序下溢

0x8205E0是前一个堆的地址，第三个黑方块里0x422F20是调用文件的路径_file.c

堆块类型定义

从24行运行到25行，发现后一个堆块的地址变成了0x8538B8,这就是新开辟的堆的地址。这就是新开辟的，我们执行下一步

从27到28，realloc重新分配，我们发现变成了大小变成01，再执行下一步，我们那一个位置分配成a，也就是ascii 61。这里我们没有行和文件路径，是因为没用_realloc_dbg

执行30行，第一步开辟空间，第二步把原数据复制过去，第三步释放空间

新空间如下：一共有0x50 也就是80个

再看刚刚的那个psz2的空间，发现已经释放了

执行完31，32。已经赋值完毕

执行free（p）

因为是p在psz后面，释放p，psz的指向下一个堆的地址清零。

free（psz），最后这片地方都被清除了，变为FE EE。只有调试版才会清除，发布版会有残留值。

要强调其实堆的生长方向不确定，一般情况下，如果是连续分配堆块，是低地址往高地址，和栈对立生长。但是还是要看堆算法，是从前到后搜索空闲区域，还是从后向前搜索空闲区域，有空闲的地方就可以放。

其次就是这些附加数据只有debug版本有，release版本只有分配表和代码数据。

下面举个例子，怎么调试以及下断点

#include <stddef.h>
#include <tchar.h>
#include <string.h>
#include <crtdbg.h>
#include <stdlib.h>

#ifdef _DEUBG
#DEFINE malloc(n) _malloc_dbg(n, _NORMAL_BLOCK, __FILE__, __LINE__)
#endif

int main(){
    //puts("test")表示有若干代码的意思
  puts("test");
  puts("test");
  puts("test");
  puts("test");
  puts("test");
  puts("test");
  puts("test");
  char *psz = (char *)malloc(strlen("Hello World!"));

  puts("test");
  puts("test");
  puts("test");
  puts("test");
  puts("test");
  puts("test");
  puts("test");

  strcpy（psz, "Hello World！"）
  puts("test");
  puts("test");
  puts("test");
  puts("test");
  puts("test");
  puts("test");
  puts("test");

  free(psz);
  return 0;
}

这个程序会崩溃，如果这个环境代码很多，没有时间单步调试，我们需要使用各种断点，各种调试工具定位。