试图理解C指针、块和go to语句的问题

我正在努力通过Jim Trevor的“PL课程”学习C和Cyclone。Trevor给出了一个不安全的go-to语句示例：

int z;
{ int x = 0xBAD; goto L; }
{ int *y = &z;
L: *y = 3; // Possible segfault
}

特雷弗对上述代码中的安全问题解释如下：

许多编译器堆栈分配 输入块时块的局部变量，以及 当块退出时释放（pop）存储 （尽管这不是C标准的强制要求）。 如果示例是以这种方式编译的，那么 程序进入第一个块，在堆栈上分配x的空间，并用值初始化 很糟糕。转到跳到第二个块的中间，直接到内容的赋值 指针y的方向。因为y是第一个（唯一）变量 在第二个块中声明，赋值应为 y将位于堆栈的顶部。不幸的是，这是错误的 正是x被分配的位置，所以程序尝试 要写入位置0xBAD，可能会触发 分段错误

我不明白为什么

转到

语句在这里是个问题。问题似乎是未初始化指针Z的不可预测行为。在第二个块的开头，

int*y

用Z的地址填充。Z未初始化，因此它将用Z引用的内存区域中堆栈上的位模式填充

int*y

。我不理解为什么特雷弗的论文暗示Z和X都引用0xBAD。C是否会为第一个块创建一个新的堆栈帧（正如Trevor所描述的）：从而将0xBAD写入内存中的一个新帧（而不是Z引用的内存中的位置）

我不明白为什么go-to声明在这里是个问题

goto L

绕过

y

的初始化（

y

将不会设置为

&z

），因此在分配给谁知道它指向哪里时出现问题

*y

问题似乎是来自于不可预测的行为 未初始化的指针Z

否。指针

&z

实际上是有效的。

int

值

z

未初始化，但这并不重要，因为您从未尝试读取它；你实际上是在试图覆盖它

在第二个块的开头，int*y可以用Z的地址填充

这就是重点<代码>转到L绕过该选项

我不明白为什么特雷弗的论文暗示Z和X都引用0xBAD

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我认为Trevor暗示了第二个潜在问题，尽管我不确定有多少编译器（如果有的话）会真正展示它。当使用

goto

离开块时，堆栈指针（例如x86上的

ESP

）理论上可能不会递减。通过跳过

y

的初始化，堆栈指针也可能不会增加。因此，如果编译器引用使用堆栈指针的局部变量（而不是帧指针，例如x86上的

EBP

），这样的编译器理论上可能会将

x

误认为

y

，就好像发生了

int*y=0xBAD

。

如您所说，问题是变量

y

可能在初始化之前就被访问了。您给出的代码片段只是演示问题的一种方法

当我使用带有

-Wall

选项的GCC编译此函数时，它会警告

警告“y”在该函数中未初始化时使用。如果我用C++编译它为C++代码，那实际上是个错误：

test.cc:8:3: error: jump to label ‘L’
test.cc:6:25: error:   from here
test.cc:7:10: error:   crosses initialization of ‘int* y’

尽管在本例中，
y
是一个POD类型，但如果它是一个具有构造函数的类，则
goto
将跳过构造函数。C++语言规范说，在所有情况下这是非法的。
 如果删除块并分离出值的初始化和声明，则更容易理解问题。

int z;
int *y;
goto L;
y = &z;
L: 
*y = 42;

这基本上就是原始样本中发生的情况，但更清楚一点。这里的行
y=&z
从未执行，因此
y
指向一个未定义的位置，因此它的设置是不安全的
 就语言而言，程序的行为根本没有定义。
goto
跳过
y
的初始化；指针对象存在，但它不指向任何已定义的位置。取消引用
y
具有未定义的行为

但更详细地看一下代码，并对其行为做出一些（无根据的）假设：

int z;
{ 
    int x = 0xBAD; goto L; 
}   
{ 
    int *y = &z;
    L: *y = 3; // Possible segfault
}

局部变量（通常）在堆栈上分配。当控件到达包含其定义的块的末尾时，每个局部变量都不再存在

我认为，第一个块创建一个
int
对象
x
，并将值
0xBAD
赋给它<当
goto
将控制权移出该块时，code>x

将不再存在，但

0xBAD

值可能仍然存在于堆栈顶部的正上方

goto

将控制权转移到第二个块中。它跳过

y

的初始化，但不跳过其分配；指针对象

y

仍然分配在堆栈上，无论控件是直接进入块还是通过

goto

语句进入块。如果

0xBAD

值留在堆栈顶部上方，则

y

可以轻松地分配到同一位置；由于跳过初始化，

0xBAD

值可以保留在

y

中（或者更确切地说，构成

0xBAD

的

int

表示的位保留在

y

中，并被解释为指针值）

因此赋值

*y=3尝试将值
3
存储在内存位置
0xBAD
中

这可能就是定义、初始化和使用变量
x
：在