與malloc / realloc和結構作斗爭

Question

我真的很難理解在C中使用結構時使用malloc和realloc時實際發生的情況。我試圖解決電話簿問題，必須創建一個可以添加，刪除和顯示條目的電話簿。 條目數可以無限，因此我必須動態定義結構數組。 我的刪除功能還必須找到所需的條目，然后移回所有條目，然后使用realloc釋放最后一個條目。 我認為這是對realloc的基本理解將真正幫助我的地方。

我認為我可以正常工作的唯一部分是添加功能，但我仍然不知道我是否正確設置了它-我只知道它在運行時就可以正常工作。 如果某個基本水平的人可以幫助我，我將不勝感激。

這是我的一堆代碼:-(

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

void getEntry(int *);
typedef struct person {
    char fname[20];
    char lname[20];
    int number[10];
}person;
void getInfo(int *,int,person*);
void delInfo(int*,int,person*);
void showInfo(int*,int,person*);

int main(){

    int a=0;
    int i=0;
    int con=0;
    person* contacts=(person*)malloc(sizeof(person));
    person* pcontacts;
    pcontacts=(person*)calloc(0,sizeof(person));
    getEntry(&a);
    while (a!=4){
        switch (a){
            case 1:
                pcontacts=(person*)realloc(pcontacts,con* sizeof(person));
                getInfo(&con,i,contacts);
                break;
            case 2:
                delInfo(&con,i,contacts);
                break;
            case 3:
                showInfo(&con,i,contacts);
                break;
            default:
                printf("\n Error in response. Please try again: ");
                break;
        }
        getEntry(&a);
    }
    printf("\n Thank you for using the Phone Book Application!\n\n");
    free(contacts);
    return 0;
}

void getEntry(int *a1){
    int b;
    printf("\n\n\n Phone Book Application\n\n 1) Add Friend\n 2) Delete         Friend\n 3) Show Phone Book Entries\n 4) Exit\n\n Make a selection: ");
    scanf("%d",&b);
    *a1 = b;
 }
 void getInfo(int *con,int i,person*contacts){
    printf("\n Enter first name: ");
    scanf("%s",contacts[*con].fname);
    printf(" Enter last name: ");
    scanf("%s",contacts[*con].lname);
    printf(" Enter telephone number without spaces or hyphens: ");
    scanf("%d",contacts[*con].number);
    (*con)++;
    printf("\n Entry Saved.");
 }
 void delInfo(int *con,int i,person*contacts){
    char delfirst[20];
    char dellast[20];

    printf("\n First Name: ");
    scanf("%s",delfirst);
    printf(" Last Name: ");
    scanf("%s",dellast);

    for (i=0; i<*con;i++){
        if (delfirst==contacts[i].fname && dellast==contacts[i].lname){

        }
    }
}
void showInfo(int *con,int i,person*contacts){
    char nullstr[1]={"\0"};
    if (*con>0){
        printf("\n Current Listings:\n");
        for (i=0;i<*con;i++){
            if (strcmp(nullstr,contacts[i].fname)!=0){
                printf(" %s %s       %i\n",contacts[i].fname,contacts[i].lname,contacts[i].number);
            }
            else {};
        }
    }
    else {
        printf("\n No Entries\n");
    }
 }

Answer 1

首先，讓我澄清另一個答案中提出的觀點：

關於可移植性的警告：根據《 GNU C庫參考手冊》，ISO C之前的實現可能不支持此行為。

除非您正在使用具有數十年歷史的嵌入式硬件及其專有的編譯器，否則，您很少 （如果有的話）會遇到至少不支持C89（ANSI C）標准的編譯器。

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現在已經解決了，讓我們繼續進行malloc()和realloc() 。 要了解后者，讓我們看一下前者。

malloc()的手冊頁指出以下內容：

malloc() 。 。 。 [和] realloc() 。 。 。 函數分配內存。 對齊分配的內存，以便可以將其用於任何數據類型。 。 。 free()函數釋放通過前面的分配函數創建的分配。

這種幫助我們。 基本上，您的操作系統“擁有”計算機上實際安裝的所有可用內存。 系統在內核級別分配所有RAM， 交換空間等。

但是，用戶空間中的進程（例如您的程序）不希望/不需要管理系統中的所有內存-更不用說所涉及的安全風險了（請考慮一下，如果我願意在另一個進程中不修改內存就可以了嗎？安防措施！）。

因此，操作系統將管理進程的內存，並為進程使用分配系統內存的不同部分。

一般而言，操作系統將內存划分為所謂的塊或頁面 。 簡而言之，如果將內存划分為適當的大小（通常為2的指數，並且至少是CPU 寄存器大小的倍數），則會得到非常陡峭的優化，因為CPU只能以特定的粒度訪問內存。

由於所有這些，程序本身必須要求內核為其分配內存，以便程序可以使用它並確保它是唯一可以訪問它的進程。

malloc()是執行此任務的標准函數調用。 當您以一定長度調用malloc()時，系統將嘗試查找未使用的系統內存的連續范圍，並將其映射到進程的虛擬內存空間中，以存儲您請求的內存的地址和長度。

如果找不到足夠的內存，它只會返回NULL （0）-您可以在手冊頁中閱讀:)

隨后，當您調用free() ，它將在虛擬內存表中查找地址，檢索您最初使用malloc()的長度，並告訴系統該進程不再需要該內存區域。

最后一點： 分段錯誤通常是由不再分配的內存訪問引起的，即使曾經分配過。 這就是為什么發明了RAII之類的C ++范例的原因-只是為了減少過早釋放內存或根本不釋放內存的可能性（即，使用一堆直到進程返回才釋放的內存）。

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有了以上知識， realloc()應該是小菜一碟。 再次讓我們看一下其手冊頁：

realloc(ptr, size)函數嘗試將ptr指向的分配大小更改為size ，並返回ptr 。 如果沒有足夠的空間來擴大ptr指向的內存分配，則realloc()創建一個新分配，復制ptr指向的舊數據以適應新分配的數量，釋放舊分配，然后返回指向已分配內存的指針。 如果ptr為NULL ，則realloc()等同於對size字節的malloc()調用。 如果size為零且ptr不為NULL ，則分配一個最小的新對象，並釋放原始對象。

這很長，但是基本上可以告訴您您需要知道的確切信息。

realloc()與malloc()非常相似，您為其傳遞了一個長度，但同時還傳遞了一個先前的malloc()指向它的指針以調整大小。

簡而言之，您基本上是在擴展先前通過malloc()分配的內存區域。

混亂通常是由於realloc()並不總是擴展初始內存區域而引起的，而且，甚至會free()您傳入其中的內存區域！

記住我上面關於連續內存的觀點：如果您要求malloc()分配10個字節，而這10個字節恰好恰好恰好位於已經分配的其他兩個內存區域之間，然后您想要將10個字節的區域調整為，例如20個字節-會發生什么？

由於內存區域必須是連續的，這意味着必須找到一個新的內存空間才能連續容納所有20個字節！

在那種情況下， realloc()足以找到具有足夠空間的新區域，從原始內存區域復制所有舊數據（由您提供的realloc()指向的指針），釋放舊區域，然后返回新區域的地址。

這就是為什么必須始終存儲realloc()的返回地址的原因：

char *ptr = malloc(100);
ptr = realloc(ptr, 400); // not guaranteed the first and
                         // second addresses will be the same!

Answer 2

處理此問題的一種方法是，聲明一個指向person結構的指針，然后像數組一樣訪問引用的內存：

person *contacts;

您可以不使用任何條目進行初始化：

int num_entries = 0;
contacts = NULL;

然后，當您添加條目時：

num_entries++;
contacts = realloc(contacts, sizeof(*contacts) * num_entries);

然后，您可以將新的聯系信息讀入新的結構，即contacts[num_entries - 1] 。 刪除條目時，將person結構復制到動態數組中的新位置后（如果條目的順序不是問題，則可以將最后一個條目復制到要刪除的條目上）： contacts[delete_index] = contacts[num_entries - 1] ），您只需執行以下操作：

num_entries--;
contacts = realloc(contacts, sizeof(*contacts) * num_entries);

您可能應該檢查realloc()的返回值以處理分配錯誤。

realloc()一個不錯的功能是，當傳遞一個空指針時，它的行為就好像已經調用了malloc()一樣。 因此，您可以從代表空聯系人列表的空指針開始，並對所有添加和刪除使用realloc() 。 關於可移植性的警告：根據《 GNU C庫參考手冊》 ，ISO C之前的實現可能不支持此行為。 我認為這表示您可以安全地將其與ANSI C及更高版本一起使用。 我從來沒有對此有任何疑問，但是也許有人會發出這樣的聲音。