c - 动态内存访问仅在函数内部有效

Question

此问题旨在用作此常见问题解答的规范副本:

我在函数内部动态分配数据，一切正常，但仅在进行分配的函数内部。当我尝试在函数外部使用相同的数据时，我遇到了崩溃或其他意外的程序行为。

这是一个MCVE:

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

void create_array (int* data, int size)
{
  data = malloc(sizeof(*data) * size);
  for(int i=0; i<size; i++)
  {
    data[i] = i;
  }

  print_array(data, size);
}

void print_array (int* data, int size)
{
  for(int i=0; i<size; i++)
  {
    printf("%d ", data[i]);
  }
  printf("\n");
}

int main (void)
{
  int* data;
  const int size = 5;

  create_array(data, size);
  print_array(data, size);  // crash here

  free(data);
}

每当从 create_array 函数内部调用 print_array 时，我都会得到预期的输出 0 1 2 3 4，但是当我调用它时从 main，我遇到程序崩溃。

这是什么原因？

Answer 1

出现这个bug的原因是create_array函数使用的data是一个只存在于该函数内部的局部变量。从malloc获得的分配内存地址只保存在这个局部变量中，不会返回给调用者。

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考虑这个简单的例子:

void func (int x)
{
  x = 1;
  printf("%d", x);
}

...
int a;
func(a);
printf("%d", a); // bad, undefined behavior - the program might crash or print garbage

这里，变量a 的副本 作为参数x 本地存储在函数内部。这称为按值传递。

当 x 被修改时，只有那个局部变量被改变。调用者中的变量a保持不变，由于a没有初始化，它会包含“垃圾”，不能可靠地使用。

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指针也不异常(exception)。在您的示例中，指针变量 data 按值传递给函数。函数内的 data 指针是本地副本，从 malloc 分配的地址永远不会传回给调用者。

因此调用者中的指针变量保持未初始化状态，因此程序崩溃。此外，create_array 函数还造成了内存泄漏，因为在该函数执行后，程序中不再有任何指针跟踪分配的内存块.

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您可以通过两种方式修改函数以使其按预期工作。通过将局部变量的副本返回给调用者:

int* create_array (int size)
{
  int* data = malloc(sizeof(*data) * size);
  for(int i=0; i<size; i++)
  {
    data[i] = i;
  }

  print_array(data, size);

  return data;
}

int main (void)
{
  int* data;
  const int size = 5;

  data = create_array(size);
  print_array(data, size);
}

或者通过将地址传递给调用者的指针变量并直接写入调用者变量:

void create_array (int** data, int size)
{
  int* tmp = malloc(sizeof(*tmp) * size);
  for(int i=0; i<size; i++)
  {
    tmp[i] = i;
  }

  *data = tmp;      
  print_array(*data, size);
}

int main (void)
{
  int* data;
  const int size = 5;

  create_array(&data, size);
  print_array(data, size);
}

任何一种形式都可以。