面试题：C语言中数组与指针在复杂场景下的内存管理及陷阱规避

实现 `createArray` 和 `destroyArray` 函数

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

typedef struct { 
    int *data; 
    int size; 
} ArrayWrapper;

ArrayWrapper* createArray(int n) {
    ArrayWrapper *wrapper = (ArrayWrapper*)malloc(sizeof(ArrayWrapper));
    if (wrapper == NULL) {
        return NULL;
    }
    wrapper->data = (int*)malloc(n * sizeof(int));
    if (wrapper->data == NULL) {
        free(wrapper);
        return NULL;
    }
    wrapper->size = n;
    return wrapper;
}

void destroyArray(ArrayWrapper* wrapper) {
    if (wrapper != NULL) {
        free(wrapper->data);
        free(wrapper);
    }
}

内存管理问题及避免方法

内存泄漏：
- 问题：在 createArray 函数中，如果 malloc 分配内存失败，而之前已经分配了部分内存（如 wrapper 分配成功但 wrapper->data 分配失败），若不释放已分配的内存，就会导致内存泄漏。
- 避免方法：如上述代码，在 wrapper->data 分配失败时，及时释放 wrapper。在 destroyArray 函数中，确保在释放 wrapper->data 后释放 wrapper 结构体本身。
悬空指针：
- 问题：如果在调用 destroyArray 释放内存后，没有将指针设置为 NULL，而后续代码误操作该指针，就会产生悬空指针，导致未定义行为。
- 避免方法：在 destroyArray 释放内存后，将指向 ArrayWrapper 的指针设置为 NULL。例如：

ArrayWrapper *wrapper = createArray(10);
destroyArray(wrapper);
wrapper = NULL;

双重释放：
- 问题：如果多次调用 destroyArray 对同一 ArrayWrapper 指针进行释放，会导致双重释放错误，程序崩溃。
- 避免方法：在释放指针后将其设置为 NULL，如上述避免悬空指针的方法。另外，可以在代码逻辑上确保不会重复调用释放函数。

多线程环境下的常见误区和问题及解决方法

数据竞争：
- 问题：多个线程同时访问和修改 ArrayWrapper 中的 data 数组或 size 成员，可能导致数据不一致。例如，一个线程正在读取 data 数组时，另一个线程对其进行修改。
- 解决方法：使用互斥锁（pthread_mutex_t）来保护对 ArrayWrapper 的访问。例如：

#include <pthread.h>

pthread_mutex_t wrapperMutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

ArrayWrapper* createArray(int n) {
    pthread_mutex_lock(&wrapperMutex);
    ArrayWrapper *wrapper = (ArrayWrapper*)malloc(sizeof(ArrayWrapper));
    if (wrapper == NULL) {
        pthread_mutex_unlock(&wrapperMutex);
        return NULL;
    }
    wrapper->data = (int*)malloc(n * sizeof(int));
    if (wrapper->data == NULL) {
        free(wrapper);
        pthread_mutex_unlock(&wrapperMutex);
        return NULL;
    }
    wrapper->size = n;
    pthread_mutex_unlock(&wrapperMutex);
    return wrapper;
}

void destroyArray(ArrayWrapper* wrapper) {
    if (wrapper != NULL) {
        pthread_mutex_lock(&wrapperMutex);
        free(wrapper->data);
        free(wrapper);
        pthread_mutex_unlock(&wrapperMutex);
    }
}

死锁：
- 问题：如果多个线程以不同顺序获取多个互斥锁，可能会导致死锁。例如，线程A获取锁1，然后尝试获取锁2，而线程B获取锁2，然后尝试获取锁1。
- 解决方法：使用锁顺序规则，确保所有线程以相同顺序获取互斥锁。另外，可以使用死锁检测工具来发现潜在的死锁问题。
条件变量使用不当：
- 问题：如果在使用条件变量（pthread_cond_t）时没有正确与互斥锁配合，可能导致线程永远等待或误唤醒。
- 解决方法：在等待条件变量时，必须持有相关的互斥锁。在条件满足时，使用 pthread_cond_signal 或 pthread_cond_broadcast 唤醒等待的线程，并确保在唤醒线程后，线程能够正确获取互斥锁并处理数据。例如：

pthread_cond_t dataReadyCond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

// 假设某个线程填充数组
void* fillArray(void* arg) {
    ArrayWrapper *wrapper = (ArrayWrapper*)arg;
    // 填充数组
    pthread_mutex_lock(&wrapperMutex);
    // 通知其他线程数据已准备好
    pthread_cond_signal(&dataReadyCond);
    pthread_mutex_unlock(&wrapperMutex);
    return NULL;
}

// 假设某个线程读取数组
void* readArray(void* arg) {
    ArrayWrapper *wrapper = (ArrayWrapper*)arg;
    pthread_mutex_lock(&wrapperMutex);
    // 等待数据准备好
    pthread_cond_wait(&dataReadyCond, &wrapperMutex);
    // 读取数组
    pthread_mutex_unlock(&wrapperMutex);
    return NULL;
}

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面试题：C语言中数组与指针在复杂场景下的内存管理及陷阱规避

知识考点

面试题答案

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内存管理问题及避免方法

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