面试题：C语言非法指针引发的内存问题

Question

假设你有一个C程序，在函数内部动态分配了一块内存，之后不小心产生了非法指针，导致程序出现内存泄漏和段错误。请分析可能产生非法指针的原因，并提出至少两种解决方案来修复这个问题。

Answer 1

可能产生非法指针的原因：

1. 指针未初始化：声明指针后，没有为其分配内存就直接使用，例如int *ptr; *ptr = 10; ，这里ptr未初始化，是一个非法指针。
2. 内存释放后继续使用：调用free函数释放内存后，没有将指针设置为NULL，导致继续使用已释放的内存，例如int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int)); free(ptr); *ptr = 10; ，释放后ptr指向的内存已无效，但仍在使用。
3. 数组越界：访问数组时超出数组的有效范围，例如int arr[5]; int *ptr = &arr[10]; ，arr[10]超出了数组arr的范围，ptr成为非法指针。
4. 函数返回局部变量指针：函数内定义局部变量，返回指向该局部变量的指针，函数结束时局部变量销毁，指针指向无效内存，例如：

int *func() {
    int num = 10;
    return #
}

解决方案：

1. 初始化指针：在声明指针后，立即为其分配内存或设置为NULL。例如int *ptr = NULL; ptr = (int *)malloc(sizeof(int)); ，先初始化为NULL，再分配内存，避免使用未初始化指针。
2. 释放后设为NULL：调用free释放内存后，将指针设置为NULL。例如int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int)); free(ptr); ptr = NULL; ，这样后续使用ptr时，由于是NULL指针，可避免访问已释放内存导致的问题。
3. 避免数组越界：在访问数组元素时，确保索引在有效范围内。可以通过循环条件等方式控制，例如：

int arr[5];
for (int i = 0; i < 5; i++) {
    // 安全访问arr[i]
}

4. 返回动态分配内存的指针：如果函数需要返回一个指针，改为返回动态分配内存的指针，调用者负责释放内存。例如：

int *func() {
    int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int));
    *ptr = 10;
    return ptr;
}
int main() {
    int *result = func();
    // 使用result
    free(result);
    return 0;
}