面试题：C语言中使用malloc和free管理结构体池内存的常见错误

Question

在C语言中，使用malloc分配结构体池内存并通过free释放时，可能会出现哪些常见错误？请举例说明并阐述如何避免。

Answer 1

常见错误及举例

1. 内存泄漏
   • 举例：

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

typedef struct {
    int data;
} MyStruct;

int main() {
    MyStruct* structPool = (MyStruct*)malloc(10 * sizeof(MyStruct));
    if (structPool == NULL) {
        perror("malloc");
        return 1;
    }
    // 这里没有调用free(structPool)
    return 0;
}

- **原因**：分配了内存但未释放，导致这块内存一直被占用，直到程序结束。
- **避免方法**：在程序结束前，确保调用`free(structPool)`释放分配的内存。

2. 双重释放 - 举例：

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

typedef struct {
    int data;
} MyStruct;

int main() {
    MyStruct* structPool = (MyStruct*)malloc(10 * sizeof(MyStruct));
    if (structPool == NULL) {
        perror("malloc");
        return 1;
    }
    free(structPool);
    free(structPool); // 双重释放
    return 0;
}

- **原因**：对已经释放的内存再次调用`free`函数，这会导致未定义行为。
- **避免方法**：释放内存后，将指针设置为`NULL`，如`free(structPool); structPool = NULL;`，这样再次尝试释放时，`free(NULL)`是安全的操作，不会引发错误。

3. 释放未分配的内存 - 举例：

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

typedef struct {
    int data;
} MyStruct;

int main() {
    MyStruct* structPool;
    free(structPool); // 释放未分配的内存
    return 0;
}

- **原因**：试图释放一个没有通过`malloc`（或类似内存分配函数）分配的指针，同样会导致未定义行为。
- **避免方法**：在使用指针前，确保它已经通过合法的内存分配函数进行了分配。

4. 内存分配失败未处理 - 举例：

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

typedef struct {
    int data;
} MyStruct;

int main() {
    MyStruct* structPool = (MyStruct*)malloc(10 * sizeof(MyStruct));
    // 没有检查malloc是否分配成功就继续使用structPool
    structPool[0].data = 10;
    return 0;
}

- **原因**：`malloc`可能由于系统内存不足等原因分配失败并返回`NULL`，如果不检查就继续使用，会导致程序崩溃。
- **避免方法**：在调用`malloc`后立即检查返回值，如：

MyStruct* structPool = (MyStruct*)malloc(10 * sizeof(MyStruct));
if (structPool == NULL) {
    perror("malloc");
    return 1;
}