段错误（Segmentation Fault）

关于段错误的产生，涉及到计算机体系结构、虚拟内存、TLB等等方面的知识。如果你

  • 刚接触编程，并且在此之前对计算机构造一无所知，我会尝试用最简单的语言把发生段错误的过程描述出来。

  • 是一名OIer\极客\硬件爱好者，我建议直接阅读参考文档《段错误——关于计算机内存布局》或者书籍《深入理解计算机系统》，这会让你对计算机系统构造有基本的认识。（这本书是某专业大二整年需要学习的）遇到不懂的问题请STFW（Search The Fucking Web），或者向助教提问。（提问前请先阅读提问的智慧这篇文章）

一、程序怎么运行在计算机中？

我们写C++程序时会有代码逻辑，并且每一行代码都是有顺序的（如果调换两行代码的顺序可能会导致程序出错）。这样，我们可以简单的认为程序在计算机中运行时是一行一行往下执行的（当然实际会有各种跳转指令，比如while循环时，执行到最后一行时会返回代码块中的第一行）。经过编译后的代码（机器码），自然也是逐行执行。

好，现在我们知道程序在计算机中一行一行的顺序执行。既然是顺序执行，那只需要把代码放到一个计算机能够识别的地方，让计算机逐行执行就可以了。这个地方就叫做内存（不是存储单元，是内存）。计算机会根据指示器状态逐条读取内存中相应位置的指令并执行。

二、内存访问与段错误

为了保护系统，自然的计算机会限制对内存的访问。如果内存中一块空间没有被代码定义，或者程序没有权限访问这块内存空间，计算机就会出现错误。段错误其实就是类似于这样的一种内存访问错误。

之所以称为段错误，是因为在以前我们将程序加载到内存中时，是分段加载的。以下面这个顺序查找的程序为例。

int main(){
  int  k, x;
  int array[] = {2, 3, 1, 7, 5, 8, 9, 0, 4, 6};
  cout << "请输入要查找的元素值："; 
  cin >> x;
  for (k = 0; k < 10; ++k){
      if(x == array[k]) {
          cout << k;
          break;
      }
      if(k == 10) 
          cout << "not found";
  }
  return 0;
}

整个程序段int main(){... return 0;}刻画了整个代码的运行逻辑，放入内存中时会加载在代码段中。但我们也知道这段代码需要额外的存储空间，因为

int  k, x;
int array[] = {2, 3, 1, 7, 5, 8, 9, 0, 4, 6};

这些涉及到变量定义的语句，都需要内存中的额外空间来存放数据。这些空间显然不能与代码段放在一起（他们不能被计算机执行）。因此计算机重新命名了一个段可以叫变量段（实际是堆栈段，stack、heap）专门用来存放代码中使用变量的空间。这样的分段方法可以让计算机清楚的了解内存中各个段的作用，因此被一直使用。也因此当数组越界时，可能会因为访问超出本段内存范围而产生段错误。

现代计算机的内存访问方式一般使用分页机制，分段机制可能会更多的用在嵌入式设备中。（分段可能已经是历史包袱了？）

当然介绍段错误是想提醒同学们，写代码时一定要注意数组的使用范围。现在很多编译器中数组越界调用不会有警告和报错，这可能会导致你发现不了代码中出现的越界问题，因此使用数组时请不断检查数组的使用是否在自己掌控中。