面试题：C语言中NULL指针与内存管理

Question

考虑一个动态内存分配的场景，你使用`malloc`分配了一块内存并将其地址赋给一个指针`int *p = (int *)malloc(sizeof(int))`。之后你释放了这块内存`free(p)`，然后将`p`赋值为`NULL`。阐述将`p`赋值为`NULL`在后续代码中的重要性，特别是在防止悬空指针和多次释放方面的作用，并举例说明如果不将`p`赋值为`NULL`可能导致的问题。

Answer 1

1. 防止悬空指针
   • 作用：当使用free(p)释放内存后，如果不将p赋值为NULL，p仍然指向原来已释放的内存地址，此时p就成为了悬空指针。后续如果不小心再次使用p去访问内存（比如*p = 5;），会导致未定义行为，程序可能崩溃。而将p赋值为NULL，后续再对p进行解引用操作（如*p），会立即引发空指针异常，相比未定义行为，这种错误更容易调试和定位。
   • 示例：

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

int main() {
    int *p = (int *)malloc(sizeof(int));
    if (p!= NULL) {
        *p = 10;
        printf("Before free: *p = %d\n", *p);
        free(p);
        // 未将p赋值为NULL
        if (*p == 10) { // 此处访问悬空指针，导致未定义行为
            printf("This should not happen!\n");
        }
    }
    return 0;
}

2. 防止多次释放
   • 作用：如果不将p赋值为NULL，在代码的其他地方，程序员可能忘记已经释放过p所指向的内存，再次调用free(p)，这会导致双重释放错误，同样会引发未定义行为。将p赋值为NULL后，再次调用free(p)，free函数对NULL指针的调用是安全的，不会产生错误。
   • 示例：

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

int main() {
    int *p = (int *)malloc(sizeof(int));
    if (p!= NULL) {
        *p = 20;
        printf("Before first free: *p = %d\n", *p);
        free(p);
        // 未将p赋值为NULL
        free(p); // 双重释放，导致未定义行为
    }
    return 0;
}

如果将p赋值为NULL后，修改代码如下：

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

int main() {
    int *p = (int *)malloc(sizeof(int));
    if (p!= NULL) {
        *p = 20;
        printf("Before first free: *p = %d\n", *p);
        free(p);
        p = NULL;
        free(p); // 对NULL指针调用free是安全的
    }
    return 0;
}

这样在多次调用free(p)时就不会出现双重释放的未定义行为。