在开发 C++ 应用程序时，由于指针这一利器的使用，内存管理问题是常见的挑战之一。在开发 FileTag 时，遇到了一个 EXC_BAD_ACCESS 异常。这个异常通常是由于访问了无效的内存地址，具体表现为试图访问已经被释放的内存或空指针。

本文将分享我如何分析和解决这一问题，并结合指针和堆栈的相关知识，帮助大家更好地理解内存管理。

问题描述

在我的 Qt 应用程序中，有一个槽函数 onFileSearchClicked，用于在用户点击按钮时更新主窗口的中央部件。代码如下：

void MainWindow::onFileSearchClicked() {
    // 清空现有的中央窗口部件
    if (centralWidget) {
        delete centralWidget;
        setCentralWidget(nullptr);
    }

    // 创建新的 FileSearch 并设置为中央窗口部件
    FileSearch *fileSearch = new FileSearch(this);
    setCentralWidget(fileSearch);
}

如上图所示，程序初始界面如图一，在第一次点击文件下的搜索按钮时，功能正常。但在第二次点击时，程序崩溃并抛出 EXC_BAD_ACCESS 异常。

异常分析

指针和堆栈的相关知识

在深入分析异常之前，我们需要了解一些关于指针和堆的基本知识。

指针：
- 指针是一个变量，它存储的是另一个变量的内存地址。
- 在 C++ 中，指针的使用需要非常小心，特别是在涉及动态内存分配和释放时。
堆：
- 堆是用于动态内存分配的区域，程序可以在运行时向堆申请内存。
- 使用 new 操作符分配的内存位于堆上，需要使用 delete 操作符手动释放。

下面具体分析一下所遇到的问题。

从调试信息中可以看到，异常类型是 EXC_BAD_ACCESS，地址为 0x80006000036109a0。这意味着程序试图访问一个无效的内存地址。以下是调试信息截图：

从代码断掉的位置来看，其实问题已经很明显了，在第二次触发这个函数时，再一次对 centralWidget 进行 delete 操作，而这是 centralWidget 已经是一个被删除的对象了。

调试方法

检查调用栈：
- 查看调用栈可以帮助你确定异常发生时的调用路径。
- 确定是哪一行代码引发了异常。
验证指针有效性：
- 在 delete centralWidget; 之前添加一些调试输出，检查 centralWidget 是否为有效指针。
- 确保在删除指针后将其设置为 nullptr，避免重复删除。

分析步骤

异常信息：
- 异常类型：EXC_BAD_ACCESS
- 地址：0x80006000036109a0
- 这表明程序试图访问一个无效的内存地址。
寄存器信息：
- 从寄存器信息中可以看到多个寄存器的值，但这些值本身并不能直接告诉我们问题的根源。
this 指针：
- this 指针的值是 0x16fbdb158，这表示当前对象的内存地址。
- QMainWindow 是一个有效的对象，但问题可能出在它的成员或方法调用上。

进一步分析线程和变量，查找引发异常的位置，如下图

从图中的调试信息可以看出，程序在访问 centralWidget 时发生了内存读取失败的情况。这些信息表明程序试图访问已经被释放的内存或无效的内存地址，导致 EXC_BAD_ACCESS 异常。以下是对图中各个部分的详细解释：

图中信息的详细解释

centralWidget = {QWidget \*} 0x600000ee0930:
- 这是一个指向 QWidget 对象的指针，内存地址为 0x600000ee0930。
- 从这里可以看出，centralWidget 变量本身是有效的指针。
QObject = {QObject}:
- QWidget 继承自 QObject，因此包含 QObject 类的成员。
d_ptr = {QScopedPointer<QObjectData>}:
- d_ptr 是一个 QScopedPointer，用于管理 QObjectData 的生命周期。
- QScopedPointer 是一种智能指针，负责自动管理对象的内存，当指针超出作用域时自动删除对象。
d = {QObjectData \*} 0x155:
- d 是一个指向 QObjectData 的指针，内存地址为 0x155。
- 这个地址显然是无效的，因为它太小，通常指针地址是一个较大的数值。
q_ptr = read memory from 0x15d failed (0 of 8 bytes read):
- 读取 q_ptr 成员时失败，无法从地址 0x15d 读取 8 个字节。
- 这表明 q_ptr 所在的内存地址无效或已被释放。
parent = read memory from 0x165 failed (0 of 8 bytes read):
- 读取 parent 成员时失败，无法从地址 0x165 读取 8 个字节。
- 这表明 parent 所在的内存地址无效或已被释放。
children = {QObjectList}:
- children 是一个 QObjectList 对象，用于存储子对象列表。
其他读取失败的成员:
- isWidget, blockSig, wasDeleted, isDeletingChildren, sendChildEvents, receiveChildEvents, isWindow, deleteLaterCalled, isQuickItem, willBeWidget, wasWidget, receiveParentEvents, unused 等成员在尝试读取时均失败。
- 这些成员的读取失败表明 QObjectData 对象的内存已经无效，可能是由于对象已经被删除或指针指向了错误的内存地址。

问题解决

经过分析，我决定使用 takeCentralWidget 方法来取回当前的中央部件，并在需要时删除它。以下是修正后的代码：

void MainWindow::onFileSearchClicked() {
    // 取回现有的中央窗口部件
    QWidget *currentCentralWidget = takeCentralWidget();
    if (currentCentralWidget) {
        delete currentCentralWidget;
    }

    // 创建新的 FileSearch 并设置为中央窗口部件
    FileSearch *fileSearch = new FileSearch(this);
    setCentralWidget(fileSearch);
}

总结

本文详细了在开发 C++ 应用程序时常见的内存管理挑战，特别是指针使用中可能导致的 EXC_BAD_ACCESS 异常。主要是希望自己之后遇到类似问题时，能看懂堆栈的相关问题，以及知道如何分析解决问题。

解决 Qt 应用程序中的 EXC_BAD_ACCESS 异常：以删除中央窗口部件为例