段错误出现的常见场景

什么是段错误（Segmentation fault）

段错误主要在unix-like的操作系统中出现(在windows中，它叫做 access violation)，

当我们的进程访问了他不该访问的内存地址时（后面会介绍），操作系统就会发送一个SIGSEGV信号给到进程。该信号可以被捕获，但是通常情况下，我们会使用操作系统默认的信号处理器，这个默认的SIGSEGV信号处理器的策略就是终止进程。如下图所示：

额，这就是段错误。那什么情况下会导致段错误呢？

SIGSEGV产生的条件

如前所述，进程访问了它不该访问的内存地址就会出现段错误。

如上图所示，不允许进程访问的有：

1. 内核空间
2. 待分配区域
3. 保留区

除此之外，进程修改只读内存，也会导致段错误发生。接下来我们来看看常见的段错误场景吧：

1. 解引用空指针

   int *p = 0;
   std::cout << *p << std::endl; // Segmentation fault
   

   访问了保留区

2. 访问非未初始化的指针

   int *p;
   std::cout << *p << std::endl;
   

   这段代码不一定会导致段错误，最终还是要看p具体指向何处。
3. 内存越界

    char *s = new char[10];
    for (int i = 0; i < 12; ++i) {
      s[i] = 'c';
    }
   

   额，事实上，这段代码并没有出现段错误。为啥，我想是内存申请都是以页(通常是4096)为单位，而且new/malloc本身也需要一些内存来记录内存信息。因此我们换一个例子：

    char *ptr = (char*)sbrk(10);
    strcpy(ptr, "123456789");
    ptr[9] = '\0';
    std::cout << ptr << std::endl;
    *(ptr + 4095) = 'x'; // ok
    std::cout << "4095 ... ok" << std::endl;
    *(ptr + 4096)= 'x'; // segmentation fault
   

   我们通过sbrk系统调用来直接分配内存，在测试环境，段错误是必现的。内存越界会导致段错误的原因还是访问了未分配的内存。
4. 修改只读内存。

   const char *str = "hello, world!!!";
   const_cast<char*>(str)[0] = 'H'; // segmentation fault
   

5. 堆栈溢出

   int main()
   {
     main();
     return 0;
   }
   

6. ...

大家发现没，段错误的出现几乎都和访问/修改内存有关。

我们再来看一个例子：

class A {
public:
  int func_a() {}
  virtual int func_b() {}
};

int main() {
  A *a = nullptr;
  a->func_a();
  std::cout << "你猜我能不能打印出来~~" << std::endl;
  a->func_b();
  return 0;
}

嗯，上面的例子打印是会正常出来的。为啥？？
func_a作为A的成员函数，其调用等价于：

A *a = nullptr;
A::func_a(a);

这里，并不涉及到内存访问/修改，因此并不会出现段错误。
相反，func_b的调用，由于涉及到查虚函数表的操作，会出现段错误。

最后

段错误的出现条件还是比较简单的，但是实际开发中出现的段错误往往都令人头疼（之前就遇到过由悬空指针导致的段错误，还是偶现的）。为了减少段错误的发生，我们需要仔细检查代码中指针的使用、数组边界控制等，并尽可能采用现代C++提供的安全特性(如智能指针、基于范围的for循环等)。