2024年5月3日发(作者：)

ASan（AddressSanitizer）检查内存越界原理

概述

ASan（AddressSanitizer）是一种用于检测和调试内存错误的工具，其中之一就是

检查内存越界。它通过在编译时对程序进行修改，插入额外的代码和数据结构来实

现内存越界的检查。ASan可以有效地发现常见的内存错误，如缓冲区溢出、使用

已经释放的内存等问题。

内存越界

在理解ASan的工作原理之前，我们首先需要了解什么是内存越界。内存越界指的

是程序访问了超出其分配范围的内存位置。这种行为可能会导致程序崩溃、数据损

坏或安全漏洞。

例如，考虑以下C语言代码片段：

int array[5];

array[6] = 10;

在这个例子中，数组

array

只有5个元素，但是我们尝试访问第6个元素。这就是

一个典型的内存越界问题。

ASan原理

ASan通过以下几个步骤来检查和报告内存越界错误：

1. 编译阶段

在编译阶段，需要使用特殊的编译器选项来启用ASan。例如，在GCC中使用

-

fsanitize=address

选项，或在Clang中使用

-fsanitize=address

选项。

2. 插入额外的代码和数据结构

在编译时，ASan会修改源代码并插入额外的代码和数据结构。这些额外的代码和

数据结构用于检测内存越界错误。

对于每个分配的内存块，ASan会在其前后插入一个特殊的”redzone”（红区）。

红区是未分配给应用程序使用的内存区域，用于检测对已释放或越界内存的访问。

此外，ASan还会将每个分配的内存块前面插入一个元数据块。元数据块包含有关

该内存块大小、状态等信息。ASan使用这些元数据来跟踪和检测内存访问错误。

3. 运行时检查

当程序运行时，插入的额外代码和数据结构将启动运行时检查。这些检查将在以下

情况下触发：

•

•

•

当读取或写入已释放的内存时。

当读取或写入超出分配范围的内存时。

当访问红区时。

当检测到这些错误时，ASan会立即终止程序并生成详细报告。报告包含了错误类

型、触发位置、堆栈跟踪等信息，帮助开发人员定位和修复问题。

4. 报告生成

当程序崩溃时，ASan会生成一个报告，其中包含了详细的错误信息。报告通常包

括以下内容：

•

•

•

•

错误类型（例如，读取或写入越界）。

触发错误的位置（例如，源代码中的行号）。

堆栈跟踪（调用堆栈）。

其他相关信息。

这些报告可用于帮助开发人员快速定位和解决内存越界错误。

ASan的优缺点

ASan作为一种内存错误检测工具，具有以下优点和缺点：

优点：

1. 高效性：ASan在运行时只会引入相对较小的性能开销。

2. 准确性：ASan可以准确地检测到内存越界错误，并提供详细的报告。

3. 易于使用：只需在编译时添加简单的选项即可启用ASan。

缺点：

1. 内存消耗：由于插入了额外的代码和数据结构，使用ASan会导致程序占用

更多的内存空间。

2. 运行时间延迟：由于额外的运行时检查，程序可能会因为ASan而变得稍微

慢一些。

3. 不支持所有平台和编译器：ASan并不适用于所有平台和编译器，因此在某

些情况下可能无法使用。

总结

ASan是一种用于检测和调试内存错误的工具，其中之一就是检查内存越界。它通

过在编译时对程序进行修改，插入额外的代码和数据结构来实现内存越界的检查。

ASan会在运行时检查程序是否访问了已释放或越界的内存，并生成详细报告来帮

助开发人员定位和解决问题。尽管ASan具有一些缺点，但其准确性、高效性和易

用性使其成为一种强大的工具，可以帮助开发人员提高代码质量和安全性。