`./a.out' 中的错误:free():释放动态分配的二维结构数组时无效的下一个大小(正常)

Error in `./a.out': free(): invalid next size (normal) while freeing dynamically allocated 2D array of struct

基本上,我正在使用 calloc() 创建结构的二维数组。然后我利用那个数组并释放分配的 space,同时释放它我得到 "double free or corruption (!prev)"。代码是用C语言写的。


代码:

#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <malloc.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <float.h>

typedef struct  complex_num{
    double real;
    double imag;
}comp;

void transpose(comp *arr, int height, int width);
void change(comp *arr, int width);

void main(){    
        int width = 64, height = 64;

        int len = width;
        comp *fft[len];
        for(int i=0; i<len; i++){
                fft[i] = (comp *)calloc(len, sizeof(comp));
        }


        for (int scan=0;scan<height;scan++){
                for (int pix=0;pix<width;pix++){
                        fft[scan][pix].real = 1.0;
                        fft[scan][pix].imag = 0.0;
                }
                change(&fft[scan][0], len);
        }
        transpose(&fft[0][0], len, len);
        for(int i=0;i<len;i++){
                change(&fft[i][0], len);
        }
        transpose(&fft[0][0], len, len); 
        for(int i=0;i<len;i++){
                free(fft[i]);
        }
}
void transpose(comp *arr, int height, int width){
        comp var;
        for(int i=0;i<height;i++){
                for(int j=0;j<width;j++){
                        if(j>i){
                                var = *((arr + (i*width)) + j);
                                *((arr + i*width) + j) = *((arr + j*width) + i);
                                *((arr + j*width) + i) = var;
                        }
                }
        }
}

void change(comp *arr, int width){
        for(int i=0; i<width; i++){
                (arr + i)->real = 5.0;
                (arr + i)->imag = 6.9;
        }
}

错误信息:

    *** Error in `./a.out': double free or corruption (!prev): 0x0000000002095010 ***
======= Backtrace: =========
/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6(+0x777e5)[0x7f05108a77e5]
/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6(+0x8037a)[0x7f05108b037a]
/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6(cfree+0x4c)[0x7f05108b453c]
./a.out[0x400880]
/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6(__libc_start_main+0xf0)[0x7f0510850830]
./a.out[0x400509]
======= Memory map: ========
00400000-00401000 r-xp 00000000 00:00 467935                     /path/to/a.out
00600000-00601000 r--p 00000000 00:00 467935                     /path/to/a.out
00601000-00602000 rw-p 00001000 00:00 467935                     /path/to/a.out
02095000-020b6000 rw-p 00000000 00:00 0                          [heap]
7f050c000000-7f050c021000 rw-p 00000000 00:00 0
7f050c021000-7f0510000000 ---p 00000000 00:00 0
7f0510610000-7f0510626000 r-xp 00000000 00:00 360788             /lib/x86_64-linux-gnu/libgcc_s.so.1
7f0510626000-7f0510825000 ---p 00000016 00:00 360788             /lib/x86_64-linux-gnu/libgcc_s.so.1
7f0510825000-7f0510826000 rw-p 00015000 00:00 360788             /lib/x86_64-linux-gnu/libgcc_s.so.1
7f0510830000-7f05109f0000 r-xp 00000000 00:00 360750             /lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.23.so
7f05109f0000-7f05109f9000 ---p 001c0000 00:00 360750             /lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.23.so
7f05109f9000-7f0510bf0000 ---p 000001c9 00:00 360750             /lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.23.so
7f0510bf0000-7f0510bf4000 r--p 001c0000 00:00 360750             /lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.23.so
7f0510bf4000-7f0510bf6000 rw-p 001c4000 00:00 360750             /lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.23.so
7f0510bf6000-7f0510bfa000 rw-p 00000000 00:00 0
7f0510c00000-7f0510c25000 r-xp 00000000 00:00 360690             /lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.23.so
7f0510c25000-7f0510c26000 r-xp 00025000 00:00 360690             /lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.23.so
7f0510e25000-7f0510e26000 r--p 00025000 00:00 360690             /lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.23.so
7f0510e26000-7f0510e27000 rw-p 00026000 00:00 360690             /lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.23.so
7f0510e27000-7f0510e28000 rw-p 00000000 00:00 0
7f0510e30000-7f0510e31000 rw-p 00000000 00:00 0
7f0510e40000-7f0510e41000 rw-p 00000000 00:00 0
7f0510e50000-7f0510e51000 rw-p 00000000 00:00 0
7f0510e60000-7f0510e61000 rw-p 00000000 00:00 0
7fffc47c7000-7fffc4fc7000 rw-p 00000000 00:00 0                  [stack]
7fffc5242000-7fffc5243000 r-xp 00000000 00:00 0                  [vdso]

中止(核心已转储)

我正在使用 GCC 5.4.0 版编译我的代码。我不明白错误信息,也不知道如何调试。我应该怎么做才能释放指针数组?

transpose 公然访问数组边界之外的元素。

fft in main 是一个指针数组。每个指针都被初始化为指向一块动态分配的内存(通过calloc)。

记忆中是这样的:

                                   0            1                  63
fft:  0 [ 0x0000a000 ] ----> [ real; imag | real; imag | ... | real; imag ]
      1 [ 0x0000ff08 ] ----> [ real; imag | real; imag | ... | real; imag ]
      .
      .
      .
     63 [ 0x0001041c ] ----> [ real; imag | real; imag | ... | real; imag ]

fft有64个元素,每个元素都是一个指针。在此示例中,fft[0] 的值为 0x0000a000,在该地址处还有另一个 64 元素数组(由 calloc 创建),它存储类型为 comp 的值(其中是一个 2 元素结构)。

因此 *fft[0] 是第一个 comp 结构(在地址 0x0000a000),*fft[1] 是第二个 comp 结构(在地址 0x0000a010), *fft[2] 是第三个 comp 结构(在地址 0x0000a020 处)等。每个 comp 结构占用 16 个字节,因此地址增加 16 (0x10) . fft[0]fft[0][63] 的最后一个元素位于地址 0x0000a3f0

fft[1] 是第二个指针,指向第二个(不相关的)内存块(也是由 calloc 创建的)。在此示例中,comp 的实例位于地址 0x0000ff080x0000ff180x0000ff28

fft 直到 fft[63] 的所有元素都会发生同样的事情。在此示例中,comp 个实例 fft[63][0]fft[63][1]fft[63][2] 等位于地址 0x0001041c0x0001042c0x0001043c

现在考虑一下 transpose 的作用。它是这样调用的:

transpose(&fft[0][0], len, len);

它像这样访问内存:

*((arr + (i*width)) + j)

这里arr是第一个参数;它的值为 &fft[0][0],与 fft[0] 相同,在我们的示例中为 0x0000a000.

width 是 64。ij 介于 0 和 63 之间,具体取决于我们所处的循环迭代。假设它们在 63。

那么i*width就是63*64就是4032,而arr + 4032就是指向数组第4033个元素的指针。可是等等!没有这样的元素; arr 只有 64 个元素。

我们现在位于内存地址 0x00019c00,它远远超出了 fft[0] 的范围(回想一下它的元素只能到达地址 0x000a3f0)。

但我们还没有完成:我们向这个指针添加 j (63),得到 0x00019ff0。这个指针就是我们用 *.

取消引用的指针

如果我们使用数组表示法编写此操作,它看起来会像

arr[i*width + j]

这更明显地表明我们正在访问 64 元素数组的元素 4095。

transpose甚至写入这个地址:

*((arr + i*width) + j) = ...

这会修改不属于您的程序的内存,从而破坏 malloc / calloc / free 使用的内部数据结构。这就是错误消息 double free or corruption 的意思:您的代码损坏了 free 所需的数据,这可以通过释放同一个指针两次 ("double free") 或仅写入超过数组的末尾(如代码中所示)。


要修复您的代码,请将 transpose 更改为

void transpose(comp **arr, int height, int width) {
    for (int i = 0 ; i < height; i++) {
        for (int j=0; j < width; j++) {
            if (j > i) {
                comp var = arr[i][j];
                arr[i][j] = arr[j][i];
                arr[j][i] = var;
            }
        }
    }
}

并将其命名为

transpose(fft, len, len);

这样您不仅可以传递第一个子数组的地址,还可以传递中间指针数组的地址(这反过来让您可以访问 64 个子数组中的任何一个)。