修改后续内存位置值时指针变量值异常变化的原因排查

问题复现 #

第一段代码 #

int *a, *b,*c,d;
a=&d;
printf("1 a=%p &d=%p\n", a,&d);
b=a+1;
printf("2 a=%p &d=%p b=%p\n", a,&d,b);
c=a+2;
printf("3 a=%p &d=%p b=%p c=%p\n", a, &d,b,c);
*b=34;
printf("4 a=%p &d=%p b=%p c=%p\n", a, &d,b,c);
d=342;
printf("5 a=%p &d=%p b=%p c=%p\n", a, &d,b,c);
*c=21;
printf("6 a=%p &d=%p b=%p c=%p\n", a, &d,b,c);
*b=37;
printf("7 a=%p &d=%p b=%p c=%p\n", a, &d,b,c);
*c=29;
printf("8 a=%p &d=%p b=%p c=%p\n", a, &d,b,c);

实际输出：

1 a=0x7ffd0267145c &d=0x7ffd0267145c

2 a=0x7ffd0267145c &d=0x7ffd0267145c b=0x7ffd02671460

3 a=0x7ffd0267145c &d=0x7ffd0267145c b=0x7ffd02671460 c=0x7ffd02671464

4 a=0x7ffd00000022 &d=0x7ffd0267145c b=0x7ffd02671460 c=0x7ffd02671464

5 a=0x7ffd00000022 &d=0x7ffd0267145c b=0x7ffd02671460 c=0x7ffd02671464

6 a=0x1500000022 &d=0x7ffd0267145c b=0x7ffd02671460 c=0x7ffd02671464

7 a=0x1500000025 &d=0x7ffd0267145c b=0x7ffd02671460 c=0x7ffd02671464

8 a=0x1d00000025 &d=0x7ffd0267145c b=0x7ffd02671460 c=0x7ffd02671464

第二段修改后的代码 #

int *a, *b,*c,d;
a=&d;
printf("1 a=%p &d=%p\n", a,&d);
b=a+4;
printf("2 a=%p &d=%p b=%p\n", a,&d,b);
c=a+8;
printf("3 a=%p &d=%p b=%p c=%p\n", a, &d,b,c);
*b=34;
printf("4 a=%p &d=%p b=%p c=%p\n", a, &d,b,c);
d=342;
printf("5 a=%p &d=%p b=%p c=%p\n", a, &d,b,c);
*c=21;
printf("6 a=%p &d=%p b=%p c=%p\n", a, &d,b,c);
*b=37;
printf("7 a=%p &d=%p b=%p c=%p\n", a, &d,b,c);
*c=29;
printf("8 a=%p &d=%p b=%p c=%p\n", a, &d,b,c);
return 0;

实际输出：

1 a=0x7ffc674b76dc &d=0x7ffc674b76dc

2 a=0x7ffc674b76dc &d=0x7ffc674b76dc b=0x7ffc674b76ec

3 a=0x7ffc674b76dc &d=0x7ffc674b76dc b=0x7ffc674b76ec c=0x7ffc674b76fc

4 a=0x7ffc674b76dc &d=0x7ffc674b76dc b=0x22674b76ec c=0x7ffc674b76fc

5 a=0x7ffc674b76dc &d=0x7ffc674b76dc b=0x22674b76ec c=0x7ffc674b76fc

6 a=0x7ffc674b76dc &d=0x7ffc674b76dc b=0x22674b76ec c=0x7ffc674b76fc

Segmentation fault (core dumped)

原因分析 #

两个问题的本质都是栈内存越界访问引发的未定义行为，具体细节如下：

1. 第一段代码中a被意外修改的逻辑 #

C语言中，局部变量（a、b、c、d）都存储在栈上，栈通常从高地址向低地址生长。从输出反推，你的栈布局中，d的内存地址之后（高地址方向）恰好是指针变量a的存储位置：

• a是int*类型，值为&d（0x7ffd0267145c）；执行b=a+1时，因为a是int*，指针加法会自动偏移sizeof(int)（4字节），所以b指向0x7ffd02671460——这个地址正好是a变量自身的存储地址。
• 当执行*b=34时，相当于直接修改a变量的内存内容：把a原本存储的&d（0x7ffd0267145c）覆盖为34（十六进制0x22），结合栈地址的高位数据，最终a的值变成0x7ffd00000022。
• 后续c=a+2指向&d + 2*sizeof(int)，也就是a变量存储地址的下一个4字节区域，修改*c会继续篡改a的高位字节，导致a的值持续异常。

2. 第二段代码触发段错误的逻辑 #

修改后b=a+4指向&d + 16字节，c=a+8指向&d +32字节：

• 初始*b=34修改的是栈上的某个有效区域，仅破坏了局部变量b自身的值（输出中b变为0x22674b76ec），未触发直接错误。
• 执行*c=21时，c指向的地址已经超出当前栈帧的有效范围，访问了不属于当前进程的内存，或者触发了栈保护机制（如金丝雀值检查），直接引发段错误。

核心本质 #

C语言不做指针访问的边界检查，当指针访问超出目标变量所属内存范围的地址时，属于未定义行为——可能修改其他变量、破坏栈帧、触发段错误，甚至出现无规律的诡异行为。你的代码中，b、c均指向d变量之外的栈内存，恰好覆盖了其他局部变量或栈关键数据，从而引发异常。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Gurjot Singh