面试题：C语言中的指针与动态内存管理

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

// 动态分配二维数组
int** create2DArray(int rows, int cols) {
    int** arr = (int**)malloc(rows * sizeof(int*));
    if (arr == NULL) {
        return NULL;
    }

    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        arr[i] = (int*)malloc(cols * sizeof(int));
        if (arr[i] == NULL) {
            // 释放已分配的内存
            for (int j = 0; j < i; j++) {
                free(arr[j]);
            }
            free(arr);
            return NULL;
        }
    }

    return arr;
}

// 通过指针操作访问和修改数组元素
void accessAndModify(int** arr, int row, int col, int value) {
    arr[row][col] = value;
}

// 释放二维数组内存
void free2DArray(int** arr, int rows) {
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        free(arr[i]);
    }
    free(arr);
}

int main() {
    int rows = 3, cols = 4;
    int** myArray = create2DArray(rows, cols);
    if (myArray == NULL) {
        printf("内存分配失败\n");
        return 1;
    }

    accessAndModify(myArray, 1, 2, 42);
    printf("修改后的值: %d\n", myArray[1][2]);

    free2DArray(myArray, rows);
    return 0;
}

原理阐述

动态分配二维数组：
- 首先通过 malloc 分配一个指针数组，这个数组的每个元素都是指向 int 类型数组的指针。
- 然后为每一行分配 int 类型的数组，这样就构成了一个二维数组。
指针操作访问和修改数组元素：
- 二维数组名是一个指向指针数组的指针，通过 arr[row][col] 这种形式，实际上是先找到第 row 行的指针，再通过这个指针找到第 col 列的元素进行访问和修改。
释放内存：
- 先释放每一行分配的内存，再释放指针数组的内存，这样就完成了内存的正确释放，避免内存泄漏。

大型项目中动态内存管理可能遇到的问题及解决方案

内存泄漏：
- 问题：忘记释放分配的内存，随着程序运行，内存不断被占用，最终导致系统内存不足。
- 解决方案：
  - 使用智能指针（在C++ 中），例如 std::unique_ptr 和 std::shared_ptr，它们会在对象生命周期结束时自动释放内存。
  - 建立内存管理的规范，在分配内存的地方明确标记需要释放内存的位置，并在代码审查时重点检查。
悬空指针：
- 问题：指针所指向的内存已经被释放，但指针仍然存在，继续使用这个指针会导致未定义行为。
- 解决方案：
  - 在释放内存后，将指针设置为 NULL，这样可以避免意外使用悬空指针。例如在 free(ptr); ptr = NULL;。
  - 使用智能指针，智能指针会自动处理悬空指针的问题，因为当所指向的对象被销毁时，智能指针会自动更新。
内存碎片：
- 问题：频繁的内存分配和释放操作导致内存空间不连续，产生许多小块的空闲内存，使得较大的内存分配请求无法满足。
- 解决方案：
  - 使用内存池技术，预先分配一块较大的内存，程序中的内存分配请求从这个内存池中获取，释放时再归还到内存池，减少系统级的内存分配和释放次数。
  - 优化内存分配策略，例如尽量按顺序分配和释放内存，减少内存碎片的产生。

星途面试题库

面试题：C语言中的指针与动态内存管理

知识考点

面试题答案

原理阐述

大型项目中动态内存管理可能遇到的问题及解决方案