面试题：C语言中malloc函数使用的注意事项

Question

请详细阐述在C语言中使用malloc函数进行动态内存分配时，有哪些需要特别注意的地方？并举例说明可能出现的错误及如何避免。

Answer 1

注意事项

1. 检查返回值：malloc函数在分配内存成功时返回指向所分配内存起始地址的指针，若分配失败则返回NULL。每次调用malloc后都应检查返回值，避免使用空指针导致程序崩溃。
2. 分配内存大小：传递给malloc的参数应为所需分配内存的字节数。需要确保计算的字节数准确，尤其是在处理复杂数据结构（如结构体数组）时。
3. 内存对齐：malloc分配的内存通常满足系统默认的内存对齐要求，但在特定情况下（如处理特定硬件或遵循特殊协议），可能需要手动处理内存对齐。
4. 释放内存：使用完动态分配的内存后，必须调用free函数释放，以避免内存泄漏。注意只能释放由malloc、calloc或realloc分配的内存，且不能重复释放同一块内存。
5. 内存碎片：频繁地分配和释放小内存块可能会导致内存碎片，降低内存使用效率。可以考虑使用内存池等技术来减少碎片。

可能出现的错误及避免方法

1. 空指针引用
   • 错误示例：

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

int main() {
    int *ptr;
    *ptr = 10; // 未检查malloc返回值，可能是NULL
    printf("%d\n", *ptr);
    return 0;
}

- **避免方法**：检查`malloc`返回值

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

int main() {
    int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int));
    if (ptr == NULL) {
        perror("malloc");
        return 1;
    }
    *ptr = 10;
    printf("%d\n", *ptr);
    free(ptr);
    return 0;
}

2. 内存泄漏
   • 错误示例：

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

int main() {
    int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int));
    if (ptr == NULL) {
        perror("malloc");
        return 1;
    }
    // 这里忘记释放内存
    return 0;
}

- **避免方法**：在合适的位置调用`free`函数释放内存

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

int main() {
    int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int));
    if (ptr == NULL) {
        perror("malloc");
        return 1;
    }
    *ptr = 10;
    printf("%d\n", *ptr);
    free(ptr);
    return 0;
}

3. 重复释放内存
   • 错误示例：

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

int main() {
    int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int));
    if (ptr == NULL) {
        perror("malloc");
        return 1;
    }
    free(ptr);
    free(ptr); // 重复释放
    return 0;
}

- **避免方法**：确保只对同一块内存调用一次`free`，释放后将指针置为`NULL`，防止误操作

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

int main() {
    int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int));
    if (ptr == NULL) {
        perror("malloc");
        return 1;
    }
    free(ptr);
    ptr = NULL;
    return 0;
}