面试题：C语言指针与内存管理

Question

假设有一个复杂的数据结构，包含多层嵌套的结构体，其中结构体成员既有普通变量又有指针。写一段C代码实现对该数据结构的内存分配、初始化以及释放，并阐述如何避免内存泄漏问题，同时考虑指针悬空情况的处理。

Answer 1

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

// 假设的复杂嵌套结构体
typedef struct Inner {
    int value;
    struct Inner *next;
} Inner;

typedef struct Outer {
    Inner *innerPtr;
    int outerValue;
    struct Outer *nextOuter;
} Outer;

// 内存分配和初始化函数
Outer* createOuter() {
    Outer *newOuter = (Outer*)malloc(sizeof(Outer));
    if (newOuter == NULL) {
        perror("malloc Outer");
        return NULL;
    }
    newOuter->outerValue = 0;
    newOuter->nextOuter = NULL;

    Inner *newInner = (Inner*)malloc(sizeof(Inner));
    if (newInner == NULL) {
        perror("malloc Inner");
        free(newOuter);
        return NULL;
    }
    newInner->value = 0;
    newInner->next = NULL;

    newOuter->innerPtr = newInner;
    return newOuter;
}

// 释放内存函数
void freeOuter(Outer *outer) {
    if (outer == NULL) return;
    Inner *currentInner = outer->innerPtr;
    Inner *nextInner;
    while (currentInner != NULL) {
        nextInner = currentInner->next;
        free(currentInner);
        currentInner = nextInner;
    }
    free(outer);
}

int main() {
    Outer *myOuter = createOuter();
    if (myOuter != NULL) {
        // 使用数据结构
        freeOuter(myOuter);
    }
    return 0;
}

避免内存泄漏问题

1. 每次分配内存后检查返回值：在使用malloc等内存分配函数后，立即检查返回值是否为NULL。如果是NULL，说明内存分配失败，应及时处理，例如释放已分配的内存并返回错误。如在createOuter函数中，对malloc Outer和malloc Inner的返回值都进行了检查。
2. 确保释放所有已分配的内存：在数据结构不再使用时，要确保调用释放内存的函数（如freeOuter），并在释放内存时按照正确的顺序释放。先释放内层结构体的内存，再释放外层结构体的内存。

处理指针悬空情况

1. 释放内存后将指针置为NULL：在调用free释放内存后，立即将指向已释放内存的指针置为NULL。这样可以避免后续代码无意中使用悬空指针。在上述代码中，虽然没有直接在释放内存后置NULL，但可以在freeOuter函数中添加相关代码，如在free(outer)后添加outer = NULL。
2. 避免在释放内存后使用指针：确保在释放内存后，不再通过原指针访问已释放的内存。例如，在调用freeOuter(myOuter)后，不再使用myOuter指针。