"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
):
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:
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:
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):
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!).