C语言getmemory笔试题常见陷阱有哪些？

核心考点

getmemory 相关的题目几乎总是围绕以下几个核心考点展开：

1. 函数参数传递机制：C 语言中，函数参数是“值传递”（Pass-by-Value），这意味着传递给函数的是变量的副本，而不是变量本身。
2. 指针的本质：指针本身就是一个变量，它存储的是一个内存地址，对指针的修改（改变它指向的地址）不会影响到指针外部的变量。
3. 动态内存分配：使用 malloc (或 calloc) 在堆上分配内存，这块内存的生命周期从 malloc 开始，直到 free 结束，与函数的生命周期无关。
4. 内存泄漏：如果动态分配的内存没有被 free，它将一直存在，直到程序结束，造成内存泄漏。
5. 野指针：指向一块“已释放”或“未初始化”内存的指针，使用野指针会导致未定义行为，通常是程序崩溃。

经典笔试题及解析

下面我们通过几个层层递进的经典题目来理解这些考点。 一：最经典的“陷阱”题

代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void getmemory(char *p) {
    p = (char *)malloc(sizeof(char) * 100);
    // 假设 malloc 成功
}
int main() {
    char *str = NULL;
    getmemory(str);
    strcpy(str, "hello world"); // 危险！
    printf("%s\n", str);
    free(str); // 会崩溃吗？
    return 0;
}

问题：

1. strcpy(str, "hello world"); 这行代码会成功吗？为什么？
2. free(str); 会引发问题吗？整个程序的行为是怎样的？

解析：

1. strcpy 会失败，导致程序崩溃。

   • 原因： C 语言是值传递，在 main 函数中调用 getmemory(str) 时，传递的是指针 str 的值，也就是 NULL 的副本。
   • 在 getmemory 函数内部，p 被初始化为这个副本，即 p 也等于 NULL。
   • p = (char *)malloc(...); 这行代码，它修改的是 getmemory 函数内部的局部变量 p，它让 p 指向了新分配的内存地址。
   • 这个修改完全不会影响到 main 函数中的 str。main 函数中的 str 依然是 NULL。
   • strcpy(str, "hello world"); 相当于 strcpy(NULL, "hello world");，这会导致段错误，程序崩溃。

2. free(str); 不会执行，或者执行后没有意义。

   • 由于程序已经在 strcpy 处崩溃了，free(str); 这行代码根本不会被执行。
   • 即使程序没有崩溃（如果 str 初始不是 NULL），free(str) 释放的也是 main 函数中的 str 所指向的内存（可能是 NULL，也可能是一块未知的内存），而不是 getmemory 中 malloc 出来的那块内存，这会导致严重的内存泄漏。

这段代码存在双重问题：既使用了空指针导致崩溃，又存在内存泄漏。

如何修正？（使用指针的指针）

问题： 如何修改 getmemory 函数，使其能够真正地修改 main 函数中的 str 指针，让它指向新分配的内存？

修正方法一：传递指针的指针

代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
// 参数改为 char **p，即一个指向指针的指针
void getmemory_fixed(char **p) {
    *p = (char *)malloc(sizeof(char) * 100); // 解引用 p，修改 main 函数中的 str
}
int main() {
    char *str = NULL;
    getmemory_fixed(&str); // 传递 str 的地址
    if (str != NULL) {
        strcpy(str, "hello world");
        printf("%s\n", str); // 输出: hello world
        free(str);
        str = NULL; // 良好习惯，将指针置为 NULL
    }
    return 0;
}

解析：

• main 函数： 我们传递的是 &str（str 的地址）。str 是一个 char*，&str 的类型是 char**。
• getmemory_fixed 函数： 它的参数现在是 char **p。p 本身是一个指针，它指向 main 函数中的 str。
• *`p = ...** 这行代码的含义是“获取p所指向的内容（也就是main中的str），然后将这个内容（str）赋值为新分配的内存地址”，这样就成功地修改了main函数中的str`。
• 内存管理： 在 main 函数中，我们使用完内存后，必须 free(str)，并且将 str 置为 NULL，以避免成为野指针。

另一种修正方法（返回指针）

修正方法二：让函数返回动态分配的内存地址

代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
// 函数返回一个 char* 指针
char *getmemory_return() {
    char *p = (char *)malloc(sizeof(char) * 100);
    return p; // 返回新分配的内存地址
}
int main() {
    char *str = NULL;
    str = getmemory_return(); // 直接接收返回值
    if (str != NULL) {
        strcpy(str, "hello world");
        printf("%s\n", str); // 输出: hello world
        free(str);
        str = NULL;
    }
    return 0;
}

解析：

• 这种方法更简洁、更符合 C 语言的常见实践。
• getmemory_return 函数负责分配内存，并通过 return 语句将这块内存的地址“带”出来。
• main 函数通过赋值操作 str = getmemory_return(); 来接收这个地址。
• 同样,main 函数也承担着 free 的责任。

更隐蔽的陷阱（返回栈地址）

代码：

#include <stdio.h>
char *getmemory_stack() {
    char p[] = "hello world"; // p 是一个在栈上的数组
    return p; // 返回栈变量的地址
}
int main() {
    char *str = NULL;
    str = getmemory_stack();
    printf("%s\n", str); // 可能输出 "hello world"，但结果是未定义的！
    return 0;
}

问题： 这段代码有什么问题？

解析：

• 致命错误：返回栈地址。
• 在 getmemory_stack 函数中，char p[] 是一个局部数组，存储在栈上。
• 当 getmemory_stack 函数执行完毕返回时，它的栈帧（包括局部变量 p）会被销毁。
• 虽然有些编译器和操作系统在特定情况下可能让你“侥幸”看到正确的输出（因为栈内容还没被覆盖），但这完全是未定义行为。
• str 成了一个野指针，指向了一块无效的内存，任何对 str 的操作（如 printf 或 strcpy）都可能导致程序崩溃或输出乱码。

永远不要返回指向栈内存（局部变量）的指针！

总结与最佳实践

在面试或笔试中遇到 getmemory 相关的问题，请务必从“指针是如何传递的？”和“这块内存的生命周期是什么？”这两个角度去分析，通常就能抓住问题的关键。