程序启动时访问了未初始化的类指针引发内存访问违例导致程序崩溃的问题排查-编程知识

1、问题说明

2、使用Windbg动态调试去初步分析

3、使用Windbg详细分析

4、最后

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1、问题说明

当前软件的新需求基本开发完成，目前正处于调试与bug修改的过程中，因为登录当前的平台出现注册失败的问题，软件重启了几次还是有问题，于是手动将代码中的dll都换成最新的版本（拷贝终端组件整体编译的库，更新加入到版本控制的底层库），并将头文件更新成最新的。更新完成后，在VS中重新编译代码，开启调试，结果程序一启动就报错了，弹出如下的提示框：

查看此时的函数调用堆栈，显示崩溃在medaisdk.dll中，但看不到中间的模块，如下：

这个崩溃是必现的，程序始终启动不起来，导致没法继续进行业务联调。

此外，还有个奇怪的现象，同一个release版本的软件，在一个测试同事的Win10系统上启动并没有问题，可以正常运行。但在另一个测试同事的Win7系统中一启动就崩溃，是必现的！

后来排查得知，是代码中访问了一个未初始化的指针变量（野指针）引发内存访问违例导致的。在release下，未初始化的变量值不会自动初始化，是分配内存时内存中残留的值，是随机值。
所以从Win7和Win10系统中的不同表现可以看出，两个系统的内存管理机制是有差异的，正是因为有差异，导致同一个版本的软件在两个系统中有不同的表现。

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2、使用Windbg动态调试去初步分析

于是决定使用Windbg动态分析一下，看看到底是什么原因导致的。因为程序启动时就发生了崩溃，没法先启动程序再把Windbg附加上去，所以需要直接使用Windbg去启动程序，这样才能监测到程序启动过程中的异常。

用Windbg动态启动程序，感知到了异常，查看此时的函数调用堆栈，然后找来函数调用堆栈中相关模块的pdb文件，设置到Widnbg中，重新查看函数调用堆栈，堆栈中显示了详细的函数名称和代码行号：

从函数调用堆栈得知，在程序启动时调用了终端组件终端组件业务初始化接口，然后终端组件层在创建音视频组的编解码器时产生了内存访问违例，进而产生崩溃。

初步怀疑可能是终端组件库与音视频库mediasdk.dll版本不一致导致的，可能是mediasdk.dll的头文件修改了（修改了函数参数或者修改了结构体），只发布了dll库文件，没有发布头文件导致的。当时因为手头有很多事情要处理，没有去深究这个问题，于是尝试让音视频组重新发布mediasdk.dll库和头文件，看看发布后还没有问题。

3、使用Windbg详细分析

但mediasdk.dll库文件和头文件重新发布后，终端组件的相关模块重新编译，然后拷贝最新的终端组件及底层的库重新编译主程序，启动调试运行，结果启动时还是报错。看来并不是版本不对导致的问题。

于是使用Windbg启动程序，感知到异常中断，拿来pdb文件，查看详细的函数调用堆栈，和维护mediasdk.dll模块的同事一起对照代码进行详细分析。崩溃时的堆栈如下：

从堆栈中可以看出，代码崩溃在mediasdk!CVidEncWrapper::Id函数中，查看该函数的源码，该函数中只是简单地返回一个整型变量的值：

所以引发问题的点应该不在该函数中，需要沿着函数调用堆栈往上看，看调用mediasdk!CVidEncWrapper::Id接口的函数。

另外，查看发生崩溃的这条汇编指令，首先是访问了一个内核态地址0xcdcdf001引发的内存访问违例（用户态的代码不能访问内核态的内存地址）。然后查看这条汇编指令中用到的寄存器eax，崩溃时该寄存器的值为0xcdcdcdcd。以前我讲过一些C++程序中常见的异常值0xcdcdcdcd、0xdddddddd、0xfeeefeee等，这几个异常值的说明如下：

所以第一眼看到这个0xcdcdcdcd，根据上面的含义说明，就能大概判断代码中使用了未初始化的堆内存变量，可能是mediasdk!CVidEncWrapper::Id函数所在的类对象有问题，查看这条返回整型变量的汇编指令，按讲返回成员变量的值，当前类对象地址应该是存放在ecx寄存器中的，按讲返回成员变量的值，直接使用ecx就行，为啥会使用eax寄存器呢？

要确定这个问题很简单，直接查看汇编代码上下文就知道了。于是在菜单栏中点击 View -> Disassembly，查看汇编代码上下文：

从汇编代码就找到答案了。对于被调用函数CVidEncWrapper::Id，主调函数肯定是将CVidEncWrapper类对象的首地址通过ecx传进来的，汇编代码中先将ecx中的C++类对象首地址，拷贝到[ebp-4]栈内存上，然后又将[ebp-4]栈内存中的值拷贝到eax中，然后执行发生崩溃的这条指令，所以执行该条崩溃指令时，eax中存放的就是当前类对象的首地址。

所以给CVidEncWrapper::Id函数传入的CVidEncWrapper对象首地址为0xcdcdcdcd，肯定使用的是一个未初始化的指针变量导致的。所以沿着函数调用堆栈，查看调用CVidEncWrapper::Id的函数mediasdk!CKdvEncoder::CKdvEncoder，这是CKdvEncoder类的构造函数。根据函数调用堆栈中显示的cpp路径及代码行号，找到对应的源码位置，如下：

这行代码是一个打印日志的宏Mc_Enter，这就是个宏，并没有看到对CVidEncWrapper::Id函数调用啊，是不是Windbg中指示的行号有问题！
我不了解音视频组的代码，音视频组维护代码的也是一个刚接手的刚毕业小哥，对代码也不熟悉。于是以“Id()”为关键字搜索，看看是哪些地方调用了CVidEncWrapper::Id函数。结果刚才的那个打印日志的宏定义中调用了：

这就对上了，说明Windbg指示的行号是没问题的。对于宏，在代码编译时会被替换成定义的内容。

这个打印日志的宏是放置在CXXXEncoder类的构造函数的入口处，而对指针变量m pcXXXVideoEncoder的初始化放在宏的下一行，所以在宏定义中访问了没有初始化的指针变量m_pcXXXVideoEncoder，该指针变量在Debug下会被初始化为0xcdcdcdcd（指针变量的内存区域中会被填充成0xcdcdcdcd），所以将0xcdcdcdcd作为一个CVidEncWrapper类对象的首地址，调用CVidEncWrapper::Id接口去读取类中的成员变量m dwIndex的值，读成员变量m dwIndex的值，就是去读取该变量在内存中的内容，即访问该变量的内存。

类成员变量的内存位于所在CVidEncWrapper类对象中，是相对于类对象首地址的偏移，即eax+2234h = 0xcdcdcdcd + 2234h = 0xcdcdf001，所以要读取成员变量m dwIndex的值，就是去访问该变量的内存地址0xcdcdf001中的内容，但这个地址对于32为程序，是个内核态内存地址，当前代码是用户态的代码，是不能访问内核态地址的，所以产生了内存访问违例，程序进而发生崩溃。

解决办法是，在CXXXEncoder构造函数中将对指针变量m_pcXXXVideoEncoder初始化的代码调整到打印日志那句宏Mc_Enter代码前面去就好了。保证在使用前就被初始化。

4、最后

当前这个问题是必现的，为啥之前没有出过问题呢？查看音视频组代码的修改记录，在打印宏Mc_Enter的定义处，修改了宏的实现代码。当时修改代码后，只在release下做了测试，没有测试Debug版本的，这个问题在Debug下是必现的。

最开始我们说过，使用问题库的Relase软件版本（通过release安装包安装的），在Win10系统上可以正常运行的，没有暴露出问题。但这个版本在Win7上启动会直接报错的，这是Win7和Win10中的内存管理机制不同导致的。现在大部分人用的都是Win10，所以可能很难将问题暴露出来。所以有两点需要注意一下：

1）Release版本没问题，不代表Debug版本没问题；
2）Win10系统上运行没问题，不代表在其他系统（比如Win7）上运行没问题。

此外，还有两点值得注意一下：

1）通过异常值0xcdcdcdcd，初步推断出是变量未初始化引起的，然后以这个线索为切入点，快速定位问题；
2）在崩溃的那条汇编代码中，没有通过ecx去访问类中成员变量的内存，而是使用eax，查看一下CVidEncWrapper::Id函数的汇编代码就知道了。查看上下文便知道，当前类对象的首地址已经传给了eax了，所以在崩溃的额那条汇编指令中使用了eax。