关于 malloc/free 中使用的数组指针的问题

Question

我看到了以下代码：

#include <stdlib.h>

void foo(char n)
{
    int (*vals)[n] = malloc(sizeof(int[n]));

    for (int i = 0; i < n; ++i)
        (*vals)[i] = i;

    free(vals);
}

int main(int argc, char **argv)
{
    foo(*(argv[1]));

    return 0;
}

这条线让我很不舒服：

free(vals);

vals是指向数组的指针。 这看起来不错，但我就是很难将其内化，我不知道为什么。

我比较习惯下面的风格：

int *p = (int*)malloc(n * sizeof(int));
......
free(p);

在这段代码中， p是一个指针，指向一些整数的 memory 区域的开始，malloc 和 free 是对称的，因为它们都在指针类型上工作； 然而原始代码有malloc()处理指向数组的指针，而free()处理指针。

出于好奇，我修改了原来的代码：

free(vals);  ==>  free(*vals);

我原以为这个更改会在编译器中失败，原因是*vals现在是一个数组。 但是 gcc 很好，valgrind 不会抱怨 memory 泄漏。

我知道 C 在 function 调用中有一个叫做数组退化为指针的东西。 但我就是无法将这些东西内化。 抱歉写了这么长的时间来描述一个问题，希望你能看到我的挣扎。 是否有明确的文档/stackoverflow/blog 来解决这个问题——最好是 C99 或更高版本？

谢谢！

Answer 1

free(*vals); 与写free(vals);

编辑您的代码以清除一点

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

void foo(char n)
{
    int (*vals)[n] = malloc(sizeof(int[n]));

    for (int i = 0; i < n; ++i)
        (*vals)[i] = i;

    printf("*val is %p\n", *vals);
    printf("val is %p\n", vals);
    printf("&val is %p\n", &vals);
    
    free(vals);
}

int main()
{
    foo(10);
    
    return 0;
}

这是 output：

*val is 0000018190365d50
val is 0000018190365d50
&val is 0000005d9dbff7b8

请注意， vals是数组指针，这意味着它的基本类型是n 个整数的数组，其中指针val在该堆栈中创建并指向整个数组，而不仅仅是第一个元素，并且该数组是在heap创建的，以说明，请看下图：

所以例如，如果你写：

printf("val is %p\n", vals);
printf("val+1 is %p\n", vals+1);

output 将是：

val is 00000207ef0c5d50
val+1 is 00000207ef0c5d78

请注意，两者之间的差异约为40个字节，因为val指向整个数组，而不仅仅是一个元素，如int *p = (int*)malloc(n * sizeof(int));

请注意，当我说它指向整个数组时，我的意思也是它指向数组的基址。

在*Vals的情况下，请看下一张图：

*Vals只是数组第一个元素的地址，顺便说一下，它与数组的基地址相同。

参考free() manual ，他们说：

free() function 释放 ptr 指向的 memory 空间，该空间必须由先前调用 malloc()、calloc() 或 realloc() 返回。 否则，或者如果之前已经调用过 free(ptr)，则会发生未定义的行为。 如果 ptr 为 NULL，则不执行任何操作。

malloc() function 返回什么？

它返回堆中保留空间的基址，因此写成free(vals); 与写free(vals);

Answer 2

此代码使用动态 VLA 。 我认为如果代码用typedef重新表述可能更容易理解。

void foo(char n)
{
    typedef int T[n];
    T *vals = malloc(sizeof(T));

    ...
  
    free(vals);
}

现在它看起来像是对单个动态 object 的简单使用。

要首先访问数组的元素，必须取消引用指针*vals形成一个数组，该数组衰减为适合[]运算符的int*指针。