[とても初歩的な質問]メモリの解放について

Question

とても初心者な質問で申し訳ありません。C＋＋の初学者です。

以下のようなコードを書きました。

int main(int argc, const char * argv[]) {
    
    int *p;
    
    p = new int();
    *p = 123;
    
    cout << *p << endl; // [1]
    
    delete p;
    
    cout << *p << endl; // [2]
    
    
    return 0;
}

コメントの[1]のcoutでは、123と表示されました。
しかしながら、delete pで動的に確保したメモリを解放した後の、
コメント[2]でも123と表示されました。

私の期待した挙動としては、コメント[2]のcoutでは、
解放された後のメモリを参照しようとしているのでエラーとなるのではと思ったのですが、そうなっていない理由はなぜなのでしょうか？

初歩的な質問で大変申し訳ありませんが、どうか教えてください。

---

みなさま、たいへん親切に教えてくださり、ありがとうございました！

「ちまちまと小さなメモリを解放するのは面倒くさいから、まとめて解放するよ。だから解放したはずのメモリ領域にもたまたま値が残っていることがあるよ。でも残ってるか残ってないかは保証しませんよ！」

ということなんですね！

おかげですごくスッキリしました！

Answer 1

規格としては、未定義動作だと思うので、どういう結果になっても文句を言えないということです。

よくある実際問題としては、メモリの解放というのは、OSへの返納と、ライブラリ実行時ルーチンへの返納とがあります。OSへ返納してしまうと、その後アクセスするとセグメンテーション違反になります。

ライブラリへの返納だけであれば、ハードウェアのメモリ管理機構からは、プロセスで利用中のメモリとなるので、セグメンテーション違反にはなりません。
デバッグ目的などで、返納済みかどうかをチェックするようなライブラリを入れている場合は、そのライブラリが範囲外アクセスのエラーを検出してくれますが、実行時のオーバーヘッドが大きくなるので、意図的にそういうデバッグ用ライブラリを入れない限りは、範囲外アクセスのエラーは検出されません。
そのメモリエリアにたまたま入っている値を参照します。再利用されていなければ前の値が入っています。

OSとの間で、小規模にメモリの確保や解放を行うのは実行時のオーバーヘッドが大きいので、まとまった量で確保が行われ、OSへの返納はあまり行われないはずです。

以上は、よくある実際の例の話なので、必ずこうなると言うことではありません。

Answer 2

不正なメモリアクセス時は「動作が定義されていない」わけであって「エラーが発生する」と定義されているわけではありません。

おかげで、バグに気づけないまま放置されることも多々あります。

Answer 3

エラーにならない理由
cの最近のトレンドには疎いのですが、もともとc言語はどんなアドレスでも参照することだけは可能です。ポインタを移動させてて配列からはみ出た際に、エラーになる(アクセス禁止領域にアクセスしてOSに蹴られる)場合と、わけの分からないデータを参照しながら動作し続ける場合があって、検証が困難なので注意するようにといった注意が定番だったように思います。

123が残っている理由
メモリの開放とは、そのアドレスのbitを0で塗りつぶすなどの行為ではなくて、確保している状態かそうでないかを変更しているだけだったと思います。(それらしい記事が見つからなかったので私の曖昧な記憶ですが)
ですので、開放してもそのアドレスにデータを示すbit配列が残って居るからではないでしょうか？

Answer 4

OSやライブラリの実装に依存すると思いますが、小さなメモリ領域を確保するときは効率化のためにプロセスが持っているヒープ領域から確保する場合があります。
ヒープ領域はプロセス起動時にある程度の大きさをがばっと確保しているのでアプリからは確保していない or 解放された領域であってもOSから見ればアプリが取得した大きなブロックの一部なのでそこにアクセスしてもOSはアクセス違反を検出でずエラーにならない場合があります。

手元(Win10+VC2015)でも同じようになりましたが、確保するサイズを127KB以上にしたらクラッシュしました。