面试题：C语言中减少不必要内存分配的常见场景

Question

请列举至少三种在C语言编程中可能出现不必要内存分配的场景，并简要说明如何避免。

Answer 1

1. 在循环中频繁分配内存
   • 场景：在循环体内部进行内存分配操作，每次循环都会执行分配，导致大量不必要的内存分配与释放开销。例如：

for (int i = 0; i < n; i++) {
    int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int));
    // 使用ptr
    free(ptr);
}

• 避免方法：将内存分配移到循环外部，只分配一次。

int *ptr = (int *)malloc(n * sizeof(int));
for (int i = 0; i < n; i++) {
    // 使用ptr[i]
}
free(ptr);

2. 函数中返回局部变量地址
   • 场景：函数内部创建局部变量并返回其地址，当函数结束时，局部变量所在栈空间被释放，导致返回的指针成为野指针。例如：

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

• 避免方法：改为返回动态分配的内存地址，并在调用方负责释放。

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

3. 不必要的结构体嵌套分配
   • 场景：在结构体中嵌套结构体，并且对每个嵌套的结构体都进行重复的分配操作。例如：

typedef struct {
    int data;
} InnerStruct;

typedef struct {
    InnerStruct inner;
    InnerStruct *innerPtr;
} OuterStruct;

OuterStruct outer;
outer.innerPtr = (InnerStruct *)malloc(sizeof(InnerStruct));

• 避免方法：如果不需要指针指向内部结构体，可以直接使用内部结构体成员，避免额外的分配。

typedef struct {
    int data;
} InnerStruct;

typedef struct {
    InnerStruct inner;
} OuterStruct;

OuterStruct outer;
// 直接使用outer.inner

4. 使用动态分配代替静态数组
   • 场景：在已知数组大小且大小固定的情况下，仍然使用动态内存分配。例如：

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

• 避免方法：直接使用静态数组。

int main() {
    int arr[10];
    // 使用arr
    return 0;
}