c - 违反内存分配后free()的奇怪行为

不久前，我在我写的某个大数字图书馆里发现了一个bug，花了我不少时间。问题是，我违反了某个结构成员的内存限制，但它没有segmentation fault或只是一个普通的崩溃，而是做了一些意外的事情（至少我没有预料到）。让我举个例子：
分段断层c

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <signal.h>

#define N 100 /* arbitrary large number */

typedef unsigned char byte;

void exitError(char *);
void segmentationFaultSignalHandler(int);

sig_atomic_t segmentationFaultFlag = 0;


int main(void)
{
    int i, memorySize = 0;
    byte *memory;
    if (setvbuf(stdout, NULL, _IONBF, 0))
        exitError("setvbuf() failed");
    if (signal(SIGSEGV, segmentationFaultSignalHandler) == SIG_ERR)
        exitError("signal() failed");
    for (i = 0; i < N; ++i)
    {
        printf("Before malloc()\n");
        if ((memory = malloc(++memorySize * sizeof(byte))) == NULL)
            exitError("allocation failed");
        printf("After malloc()\n");
        printf("Before segmentation fault\n");
        memory[memorySize] = 0x0D; /* segmentation fault */
        if (segmentationFaultFlag)
            exitError("detected segmentation fault");
        printf("After segmentation fault\n");
        printf("Before free()\n");
        free(memory);
        printf("After free()\n");
    }
    return 0;
}


void segmentationFaultSignalHandler(int signal)
{
    segmentationFaultFlag = 1;
}


void exitError(char *errorMessage)
{
    printf("ERROR: %s, errno=%d.\n", errorMessage, errno);
    exit(1);
}

正如我们所看到的，行memory[memorySize] = 0x0D;显然违反了malloc()给出的内存界限，但它不会崩溃或发出信号（我知道根据iso c99/iso c11，信号处理是实现定义的，当违反内存界限时根本不必发出信号）。它继续打印行After segmentation fault、Before free()和After free()，但经过几次迭代之后，它崩溃了，总是在free()（打印After segmentation fault和Before free()，但不是After free()）。我想知道是什么导致了这种行为，以及检测内存访问冲突的最佳方法是什么（我很惭愧，但我总是用printf来确定程序崩溃的位置，但肯定有更好的工具可以做到这一点），因为很难检测到（大多数情况下，它不会在违反代码时崩溃，但是，就像在示例中一样，在代码，当再次尝试使用此内存时）。当然，我应该能够释放这个内存，因为我分配正确，没有修改指针。

最佳答案

当你在记忆中读或写的时候，你没有自己的记忆，你会有不确定的行为。
这并不总是导致分割错误。实际上，代码很可能会损坏其他一些数据，并且程序会在其他地方崩溃，这使得调试变得很困难。
在本例中，您写入的堆地址无效。很可能您会损坏一些内部堆结构，这使得程序很可能在随后的malloc或free调用上崩溃。
有一些工具可以检查堆的使用情况，并告诉您是否超出了界限。我喜欢并推荐valgrind for linux和gflags for windows。