基本C指针分配/取消分配

Question

使用GNU的GSL库，用C编写代码，从来没有正式学过任何代码，这是一个基本的问题。

如果我错了，请纠正我，但以我的理解方式，当我分配用于矩阵的内存（使用内置的var = gsl_matrix_alloc(x,x) ）并将其存储在变量中时，我实质上是创建一个指针，它只是一些内存地址，例如：x01234749162

该指向我的GSL矩阵的第一个指针/内存位置。 跟踪何时取消分配与指针关联的结构的内存（再次，内置gsl_matrix_free(x,x,x) ）是没有问题的，并且我知道我需要在重新分配结构的指针之前执行此操作，否则我创建了内存泄漏。

所以，现在我的问题又一次地，我知道这是基本的，但是请听我说-我找不到关于stackoverflow的特别直接的答案，主要是因为很多答案都涉及C ++而不是C。释放结构本身的指针？

每个人都说“哦，只要将其设置为NULL”即可。 为什么会起作用？ 那只是将POINTS的内存地址更改为释放的结构。 这是否告诉MMU该内存位置现在可以使用？ 例如，当我用XCode调试程序时，gsl_matrix结构的所有属性都被成功释放； 一切都变成了随机十六进制字符的垃圾字符串，这就是释放内存应该做的事情。 但是，即使在将变量设置为NULL的情况下，也仍然可以在调试器中单步查看变量名（指针）。 我将其解释为没有释放指针，而是释放了结构并将其设置为x0000000（NULL）。

我所做的一切是否正确，这仅仅是XCode的功能，还是我缺少基本的东西？

而且我意识到，如果结构被释放，则指向结构的单个指针可能并不重要，但这很重要。

这里有一些代码试图说明我的想法。

gsl_matrix* my_matrix; 
// create single memory address in memory, not pointing to anything yet 

my_matrix = gsl_matrix_alloc(5, 5); 
// allocates 25 memory spaces for the values that the pointer held by my_matrix 
// points too
// Note: so, now there's 26 memory spots allocated to the matrix, excluding other
// properties created along with the my-matrix structure, right? 

gsl_matrix_free(my_matrix); // deallocates those 25 spaces the structure had, 
// along with other properties that may have been automatically created
free(my_matrix); // SIGBRT error. Is the pointer to the deallocated structure
// still using that one memory address?  
my_matrix = NULL; // this doesn't make sense to me.I get that any future referral
// to the my_matrix pointer will just return garbage, and so setting a pointer to
// that can help in debugging, but can the pointer--that is just one memory 
// address--be completely deallocated such that in the debugger the variable name
// disappears?  

Answer 1

您在这里错过的是有关“局部变量”如何在计算机级别工作的知识以及“堆栈”的概念。

堆栈是程序启动时分配给程序的可用内存块。 举一个简单的例子，为您的程序分配一个大小为1MB的堆栈。 堆栈带有一个特殊的寄存器，称为“堆栈指针”，该寄存器最初指向堆栈的末尾（不要问为什么不从头开始，历史原因）。 外观如下：

 [---------- stack memory, all yours for taking ------------]
                                                            ^
                                                            |
                                                          Stack pointer

现在假设您的程序在main函数中定义了一堆变量，例如

 int main() {
     int x;

这意味着在程序开始时调用main函数时，编译器将生成以下指令：

 sp = sp - 4;       // Decrement stack pointer
 x_address = sp;

并记住（出于进一步编译的目的）， x现在是位于内存位置x_address的4字节整数。 现在，您的堆栈如下所示：

 [---------- stack memory, all yours for taking --------[-x--]
                                                        ^
                                                        |
                                                       Stack pointer

接下来，假设您从main内部调用了一些函数f 。 假设f在其中定义了另一个变量，

int f() {
    char z[8];

猜猜现在会发生什么？ 在输入f之前，编译器将执行：

sp = sp - 8;
z_address = sp;

即，您将获得：

 [---------- stack memory, all yours for taking -[--z----][-x--]
                                                 ^
                                                 |
                                                 Stack pointer

如果现在调用另一个函数，则堆栈指针将更深地移入堆栈，从而为局部变量“创建”更多的空间。 但是，每次退出函数时，堆栈指针都会恢复到调用该函数之前的位置。 例如，退出f ，堆栈将如下所示：

 [---------- stack memory, all yours for taking -[--z----][-x--]
                                                          ^
                                                          |
                                                       Stack pointer

请注意， z数组实际上并没有释放，它仍然在堆栈上，但是您不在乎。 你为什么不在乎？ 因为当您的应用程序终止时，整个堆栈会自动释放。 这就是为什么您无需手动取消分配“堆栈上的变量”（即那些定义为函数和模块本地变量的原因）的原因。 特别是， my_matrix指针只是另一个变量。

• PS：堆栈上发生的事情比我描述的要多。 特别是，将堆栈指针值递减之前先将其存储在堆栈上，以便可以在退出函数后将其恢复。 此外，函数参数通常是通过将其放入堆栈来传递的。 从这个意义上讲，它们看起来像是局部变量，用于内存管理，您不需要释放它们。

• PPS：原则上，编译器可以自由地优化代码（特别是如果您使用-O标志进行编译），而不是在堆栈上分配局部变量，它可以：

  • 决定完全避免分配它们（例如，如果结果证明它们没有用）
  • 决定将它们临时分配到寄存器中（这些寄存器是处理器中不需要释放的固定内存插槽）。 这通常是针对循环变量（ for (int i = ...)变量）完成的。
  • ..而且，只要结果不与语义相矛盾，就可以做其他事情。

• PPPS：现在您准备学习缓冲区溢出如何工作。 继续阅读，确实，这是一个了不起的技巧。 哦，还有，一旦你在它，检查出的意思堆栈溢出 。 ;）

Answer 2

每个人都说“哦，只要将其设置为NULL”即可。 为什么会起作用？

它们可能意味着这将解决以下问题：您在指向已取消分配的某些数据的指针上进行free调用时，这是在此处执行的操作：

gsl_matrix_free(my_matrix); // deallocate
free(my_matrix); // Mistake, BIG PROBLEM: my_matrix points to de-allocated data

它解决了这个问题，因为对null-ptr进行free调用是没有操作的：

gsl_matrix_free(my_matrix); // deallocate
my_matrix = NULL;
free(my_matrix); // Mistake, but no problem

注意 ： my_matrix本身具有自动存储功能，因此无需手动取消分配。 超出范围时，将回收其内存。 唯一需要取消分配的是动态分配的内存（ my_matrix指向该内存）。

Answer 3

为什么要为5x5矩阵分配26个内存点？ 我想说的是，信任库提供的gsl_matrix_free函数可以做正确的事并取消整个结构的分配。

通常，仅在调用malloc或calloc时才需要调用free 。 提供分配器的库函数通常提供匹配的解除分配器，因此您不必跟踪内部结构。

如果您担心的第26个点是指针本身（换句话说，就是存储矩阵地址所需的内存），则该空间是函数堆栈框架的一部分，当该函数出现时会自动弹出返回。