C语言访问结构体存储的多维像素数组偶发非预期输出问题

问题根源 #

你遇到的是堆缓冲区溢出导致的未定义行为，问题出在三维像素数组的前两层内存分配逻辑，计算分配大小时用错了类型单位。

具体错误点 #

你的pixel_array是unsigned char***类型，三层数组的元素类型分别是：

• 第一层pixel_array[x]：unsigned char** 指针类型
• 第二层pixel_array[x][y]：unsigned char* 指针类型
• 第三层pixel_array[x][y][z]：unsigned char 字节类型

你当前的前两层分配都错误使用了sizeof(unsigned char)作为单位，仅分配了1字节/元素的空间，远小于指针类型实际需要的空间（32位系统4字节、64位系统8字节），导致写入指针数据时越界覆盖了堆上的其他内存。

赋值时打印正常是因为越界写入的内存暂时未被其他操作修改，后续堆内存被分配器元数据、其他变量覆写后，读取就会出现随机值，错误位置固定是因为越界偏移量固定，每次运行值不同是因为堆地址空间随机化。

修复方案 #

修改前两层malloc的大小计算逻辑即可：

// 修正第一层分配：单位为 unsigned char** 指针大小
bmp_image->pixel_array = malloc(bmp_image->width * sizeof(unsigned char**));
// 修正第二层分配：单位为 unsigned char* 指针大小
bmp_image->pixel_array[i] = malloc(bmp_image->height * sizeof(unsigned char*));

更稳妥的写法推荐 #

用sizeof(*变量)的方式自动匹配类型，避免后续修改类型时忘记改sizeof参数：

bmp_image->pixel_array = malloc(bmp_image->width * sizeof(*bmp_image->pixel_array));
bmp_image->pixel_array[i] = malloc(bmp_image->height * sizeof(*bmp_image->pixel_array[i]));

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Ethan Peck