正确释放多维数组的内存（C语言）

Question

假设你有以下 ANSI C 代码，用于初始化一个多维数组：

int main()
{
      int i, m = 5, n = 20;
      int **a = malloc(m * sizeof(int *));

      //Initialize the arrays
      for (i = 0; i < m; i++) { 
          a[i]=malloc(n * sizeof(int));
      }

      //...do something with arrays

      //How do I free the **a ?

      return 0;
}

使用a之后，如何正确释放内存？

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[更新]（解决方案）

感谢Tim（和其他人）的答案，我现在可以编写这样一个函数来释放我的多维数组中的内存：

void freeArray(int **a, int m) {
    int i;
    for (i = 0; i < m; ++i) {
        free(a[i]);
    }
    free(a);
}

- Andreas Grech

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术语争议：这不是C通常称为“多维数组”的方式。这只是使用语法“a[i][j]”的唯一方法，同时仍允许两个维度在编译时未知。另一种多维数组是数组的数组，而不是指向（数组第一个元素的）指针的数组。 - Steve Jessop

Answer 1

好的，关于释放内存所需的free()调用的顺序存在一定的混淆，我将尝试澄清人们试图表达的内容以及原因。

首先从基础知识开始，要释放使用malloc()分配的内存，只需使用malloc()给出的指针来调用free()即可。因此，对于以下代码：

int **a = malloc(m * sizeof(int *));

你需要匹配：

free(a);

对于这行代码：

a[i]=malloc(n * sizeof(int));

你需要匹配：

free(a[i]);

在类似的循环内部。

问题在于这些操作需要按照一定的顺序完成。如果你多次调用malloc()来获取不同的内存块，在一般情况下，释放时调用free()的顺序并不重要。但是，在这里顺序非常重要原因是：你正在使用一个malloc分配的内存块来保存指向其他malloc分配的内存块的指针。由于你在使用完后必须将内存块通过free()返回，因此你必须先释放存储在a[i]中的指针所指向的内存块，然后才能释放a本身所占用的内存块。存储在a[i]中的指针所指向的各个内存块之间并没有依赖关系，因此可以以任意顺序进行释放操作。

因此，综合考虑所有因素，我们得到以下代码：

for (i = 0; i < m; i++) { 
  free(a[i]);
}
free(a);

最后一个提示：在调用 malloc() 时，请考虑更改这些内容：

int **a = malloc(m * sizeof(int *));

a[i]=malloc(n * sizeof(int));

收件人：

int **a = malloc(m * sizeof(*a));

a[i]=malloc(n * sizeof(*(a[i])));

这是什么意思？编译器知道 a 是一个 int **，所以它可以确定 sizeof(*a) 与 sizeof(int *) 相同。但是，如果你后来改变主意想要在数组中使用 char、short、long 或其他类型的值，或者你将此代码适用于其他用途，你只需更改上述第一行中仍保留的对 int 的引用，其余所有内容都会自动落入位。这消除了未来出现未被注意到的错误的可能性。

祝好运！

- Tim

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+1 优秀的答案；感谢您对“逆序”问题和执行sizeof（*a）的点进行解释。 - Andreas Grech

另外，如果我说 sizeof(*a[i]) 等同于你的 sizeof(*(a[i]))，因为数组符号 [] 的优先级高于 *，请纠正我。 - Andreas Grech

不，我认为你是对的。http://en.wikipedia.org/wiki/Operators_in_C_and_C%2B%2B#Operator_precedence 然而，我的工作原则是，如果我必须查找它，那么阅读我的代码的其他人可能也必须查找它，因此为了节省他们（和我自己以后）的麻烦，明确地使用括号有助于澄清事情并节省时间。不过这只是个人偏好。 - Tim

Answer 2

撤销您分配的内容：

  for (i = 0; i < m; i++) { 
      free(a[i]);
  }
  free(a);

请注意，您必须按照与最初分配内存相反的顺序进行操作。如果您首先执行了free(a)，那么a[i]将访问已被释放的内存，这是未定义的行为。请保留HTML标记。

- Greg Hewgill

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说你必须按相反的顺序释放可能会误导。你只需要在指针本身之后释放指针数组即可。 - Andomar

这不是另一种说法吗，就是反转吗？ - GManNickG

我认为@Andomar的意思是，释放a[i]的顺序并不重要，只要在释放a之前先释放它们所有。换句话说，你可以通过a[0]到a[m-1]或a[m-1]到a[0]或所有偶数a[]后跟奇数来释放它们。但我也确定@GregH并没有意味着你必须按相反的顺序处理a[]，特别是考虑到他的代码。 - paxdiablo

Answer 3

您需要再次迭代数组，并为指向的内存执行与malloc一样多的释放，然后释放指针数组。

for (i = 0; i < m; i++) { 
      free (a[i]);
}
free (a);

- Arkaitz Jimenez

Answer 4

将你的分配运算符按完全相反的顺序编写，更改函数名称，你就会没问题了。

  //Free the arrays
  for (i = m-1; i >= 0; i--) { 
      free(a[i]);
  }

  free(a);

当然，您不必以完全相反的顺序进行解除分配。您只需要跟踪确切一次释放相同内存，并且不要“忘记”指向已分配内存的指针（如果首先释放了a，则会发生这种情况）。但是，按照相反的顺序进行取消分配是解决后者的好方法。

正如评论中litb所指出的那样，如果分配/取消分配具有副作用（例如C++中的new/delete运算符），则有时取消分配的后向顺序比在此特定示例中更重要。

- P Shved

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因为a[1]是在a[0]之后分配的，所以您应该先释放a[1]。 - P Shved

谁说“你需要”了？我认为这只是看起来……合理。 - P Shved

由于在 C 语言中，free 函数不会对程序的代码产生副作用，所以似乎问题并不大。而“反向执行”的规则对于那些与 free 和 alloc 相关联有副作用的语言更为重要，例如具有析构函数/构造函数的 C++。 - Johannes Schaub - litb

我相信大多数人会向前释放数组，而不是向后。 - Edan Maor

@Till：我不为自己的行为辩解，希望有些人在阅读代码时更加灵活。 - P Shved

Answer 5

我会只调用一次malloc()和free()函数：

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

int main(void){
  int i, m = 5, n = 20;
  int **a = malloc( m*(sizeof(int*) + n*sizeof(int)) );

  //Initialize the arrays
  for( a[0]=(int*)a+m, i=1; i<m; i++ ) a[i]=a[i-1]+n;

  //...do something with arrays

  //How do I free the **a ?
  free(a);

  return 0;
}

- sambowry

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这怎么回答问题了？ - Blindy

Pavel Shved 写了正确的答案。我只是写了一条带有一些代码的评论。 - sambowry

你应该将注释写入问题的“评论”字段中。它还支持代码块。 - Johannes Schaub - litb

@litb：请将我的答案复制到问题的评论栏中。谢谢。 - sambowry

没有理由进行负评。我发现在SO上对许多问题的回答是“你不应该那样做，而应该这样做”。有机会回答问题的字面意思和实际意义。 - jmucchiello