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Estou estudando alocação dinâmica de memória e me deparei com um erro que aparentemente o compilador não está alertando. O código é bem simples:

int *ptr = (int *) malloc(sizeof(int));
ptr[0] = 5;
ptr[1] = 10;
free(p);

Este código funciona normalmente, porém ele não está alocando memória indevidamente? Veja que o ponteiro ptr no índice [1] não existe, porém consegue atribuir um valor à ele. Com um printf os valores também são apresentados corretamente. O que há de incomum nesse código?

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    O facto de não dar erro é apenas azar. Não dar erro leva-te a pensar que "funciona". Mas não funciona. O que está a acontecer é o famoso Comportamento não definido: tudo pode acontecer. O programa pode funcionar como se estivesse bem escrito, pode crashar imediatamente, pode crashar quando o chefe está a ver, pode pintar o tecto de amarelo, ..., ...
    – pmg
    Commented 11/06/2015 às 14:16

2 Respostas 2

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"O que há de incomum nesse código?"

Nada de incomum, mas muito de errado. Aritmética de ponteiros é um recurso amplamente usado em linguagem C quando se deseja manipular diretamente o conteúdo na memória. Então, não é mesmo algo incomum em C. Porém, o programador precisa entender muito bem o uso de ponteiros e saber o que está fazendo para evitar erros (algumas vezes gravíssimos). Tanto pra aprender como para eventualmente descobrir e corrigir erros, o depurador é o seu melhor amigo.

Usando o depurador do Visual Studio 2012, faço a seguir uma análise linha a linha do seu código.


1. Primeiro passo

int *ptr = (int *) malloc(sizeof(int));

O que essa primeira linha faz é simplesmente alocar uma área de memória de tamanho fixo, definido por sizeof(int), e armazenar esse endereço na variável ptr. Já há ai algumas considerações importantes. Primeiramente, o tamanho alocado vai depender da plataforma/sistema operacional em uso e também da configuração utilizada no compilador. Em um sistema de 32 bits, o inteiro usa 4 bytes para armazenamento (isto é, números representados em binário com até 32 bits), em um sistema de 64 bits usa 8 bytes, e por ai vai. Por isso que a plataforma define o maior número inteiro que pode ser endereçado (para a contagem de handles de arquivos, por exemplo). Além disso, o compilador pode ser configurado para gerar código para uma plataforma específica. No meu exemplo, estou usando o Visual Studio 2012 em uma máquina Windows de 64 bits, mas compilando meu código intencionalmente para 32 bits. Por isso, o resultado de sizeof(int) no meu exemplo via ser igual a 4.

Além disso, a função malloc aloca uma área de memória com o tamanho dado (em bytes) e retorna um endereço para o primeiro byte daquela área na memória. Esse endereço é, naturalmente, endereçado (redundância intencional aqui) usando números inteiros da plataforma (e é por isso que uma máquina de 64 bits pode ter mais memória, já que seu inteiro é maior e pode alcançar endereços mais longos). Em outras palavras, não importa se o seu ponteiro é um char* um struct longa_estrutura* ou odiabo*, seu endereço vai ser um número inteiro, geralmente representado em hexadecimal no formato 0x000A1F23. Se tiver dúvidas sobre o uso de ponteiros, esta outra pergunta deve ser de alguma ajuda.

Assim, ao executar essa linha o que você tem (considerando que no meu exemplo estou executando um programa compilado para 32 bits) é uma área de memória de 4 bytes alocada em algum lugar, cujo endereço inicial é armazenado na variável ptr (no exemplo, o endereço 0x00773fe0):

inserir a descrição da imagem aqui

Note como os quatro primeiros bytes a partir da posição inicial contém o valor cd. Isto se deve ao fato de eu ter executado em modo debug, e por isso o compilador da Microsoft inicializa as áreas de memória com valores padronizados. Isto não acontece nesse compilador se o programa for executado em modo release (por motivos de desempenho), e assim poderia ter ali qualquer lixo decorrente de execuções anteriores de outros programas.

2. Segundo passo

ptr[0] = 5;

Nesta linha ocorre a primeira ação de "aritmética" de ponteiros. Chama-se assim porque, na linguagem C, acessar ptr[0] é equivalente a acessar ptr+0.

Você até pode ter outra variável que aponta para qualquer "posição" na memória a partir do ponteiro inicial, por exemplo int *ptr3 = ptr+3 vai "apontar" para a posição em ptr[3] (ou seja, no último byte da memória alocada).

E o que você está fazendo é modificando o valor daquela área de memória, a partir do endereço inicial apontado, colocando ali o valor inteiro 5 (101 em binário, ou 05 em hexadecimal). Por isso o seu resultado em memória é o seguinte:

inserir a descrição da imagem aqui

Note como os quatro primeiros bytes foram alterados (o Visual Studio é bomzinho e indica isso com a cor vermelha).

3. Terceiro passo

ptr[1] = 10;

Aqui novamente há uma aritmética de ponteiros (equivalente a ptr+1). Mas há uma questão importantíssima. Como o ponteiro foi declarado como um ponteiro para um tipo inteiro (de 4 bytes no meu exemplo), a soma efetuada pelo compilador não é equivalente a 1 byte, mas sim a 4 bytes! Então, na prática, essa aritmética ptr+1 vai equivaler, em termos de memória, a ptr+4 bytes. E, por isso, o seu resultado em memória será o seguinte:

inserir a descrição da imagem aqui

E é ai que está o erro. Com essa manipulação, você está "invadindo" uma área de memória que não foi alocada para o seu programa (isto é, escrevendo além do espaço que foi de fato reservado). E dai podem ocorrer inúmeros cenários: você pode invadir uma área que não está sendo usada, e não acontecer nada; você pode invadir uma área de memória de outro programa, o que vai ser impedido pelo sistema operacional causando um erro no seu programa; você pode alterar o valor de uma variável qualquer de outra parte do seu próprio programa, causando resultados bizarros dos mais diversos, etc.

4. Exemplo adicional

Uma aritmética de ponteiros que seria mais cuidadosa e não geraria erros, precisaria garantir que jamais se escrevesse/lesse dados além da área de fato reservada. Um passo inicial pode ser manipular o ponteiro como char * ao invés de int *, com o código dessa forma:

char *ptr = (char *) malloc(sizeof(int));   

ptr[0] = 5;
ptr[1] = 10;

free(ptr);

Assim, o resultado da penúltima linha (ptr[1] = 10;) geraria atualização na memória apenas no segundo byte (dado que char tem 1 byte de tamanho):

inserir a descrição da imagem aqui

Ainda assim, é preciso tomar cuidado com o valor que é atribuido. O valor decimal 10 (em hexadecimal, 0a) requer apenas 1 byte para ser representado, mas qualquer valor decimal acima de 255 (FF em hexadecimal) precisaria de mais do que 1 byte e poderia invadir a memória se não for tomado o devido cuidado (por exemplo, uma atualiação no 4 byte como ptr[3] = 10 é ok, mas como ptr[3] = 256 não é ok!).

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    Muito bom, não tenho paciência de escrever assim com tantos detalhes e ilustrações. Normalmente a resposta de programadores que manjam de C é RTFM =D. +1
    – Adir Kuhn
    Commented 11/06/2015 às 16:22
  • Obrigado! Realmente. Responder RTFM e não responder nada só não são equivalentes porque o segundo não ocupa espaço e ainda assim é mais educado. :) Commented 11/06/2015 às 16:40
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André,

A função malloc localiza espaços na memoria que estão disponíveis. Utilizando da forma citada, apenas o endereço de ptr[0] estará "reservado" para seu programa, com isso, seu programa poderá apresentar problemas em sua execução pois:

  1. A memoria que você utilizará após o tamanho da memoria "reservada" poderá pertencer a outra aplicação.

  2. Os bits que você utilizar a mais, poderão pertencer a sua própria aplicação.

  3. Utilizar espaços de memorias reservados, causando um crash na sua aplicação.

Este tipo de comportamento é conhecido como Buffer Overflow

Para aumentar o tamanho do espaço reservado com malloc, é possivel utilizar a função realloc.

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