在c语言中释放二维矩阵时正确使用free()函数的方法

Question

我刚开始学习C语言编程，关于2D矩阵与free()命令的结合，我有几个问题。

我知道首先需要创建一个指针数组，指向矩阵的不同列：

double **array = (double **)malloc(5*sizeof(double *));
for(int n = 0; n<5; n++){

array[n] = (double *) malloc(6*sizeof(double));

我知道正确的释放此矩阵的方法是首先释放单个行，然后再释放数组指针本身。大致如下：

for (i = 0; i < nX; i++){  
   free(array[i]); }     

free(array);

我的问题是：这为什么是必须的？我知道这种方法是不正确的，但为什么不能只使用 free(array) ？这会释放指针 array 的内存，据我所知，由列使用的内存不被其他程序访问时就会被覆盖。 free(array) 会导致内存损坏吗？

任何帮助都将不胜感激！

- B.Ing

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它不是一个二维数组。它是一个包含指向其他数组的指针的数组。所有这些其他数组都存在于内存中的其他位置，并且需要被释放。 - Christian Gibbons

@ChristianGibbons：这是指向指针的指针，而不是指向数组的指针。 - too honest for this site

@toohonestforthissite 我想保持清晰，这些不是单一的对象。以一种既技术正确又清晰的方式描述可能很困难。 - Christian Gibbons

不释放行不会导致内存损坏，只是意味着该内存在程序的生命周期内永远无法再次使用（因为它已被分配但未被释放，但您不知道它在哪里）。如果您经常这样做，将会耗尽内存。 - M.M

Answer 1

这不会导致损坏，但会造成内存泄漏。如果在程序中只执行一次，可能并没有太大关系（许多专业/昂贵的应用程序都有 - 小型、无意的 - 内存泄漏），但如果在循环中重复执行，则可能会在一段时间后耗尽内存。 如果您的代码来自外部程序（如果您的代码在库中），也是如此。

另外：不释放缓冲区可能是一种有用的方法（暂时）检查程序中崩溃是否源于损坏的内存分配或释放（当您无法使用Valgrind时）。 但最终您需要释放所有内容，只需释放一次即可。

如果您想执行仅一次malloc，则还可以分配一个大块，然后计算行的地址。 最后，只需释放大块（示例在这里：如何使用一个malloc语句分配二维数组）

- Jean-François Fabre

Answer 2

你的代码不仅为指针数组（蓝色数组）分配内存，而且在for循环中，你还为红色数组分配了内存。因此，仅有free(array)这一行只会释放由蓝色数组分配的内存，而不是红色数组。你需要在失去与它们的联系之前释放红色数组；也就是说，在释放蓝色数组之前释放它们。

另外，顺便提一下：

“当其他东西需要访问列使用的内存时，该内存不会被覆盖吗？”

不会。操作系统会跟踪你的进程（程序）分配的内存，并且在你的进程终止之前不允许任何其他进程访问已分配的内存。在正常情况下，我是指记住C语言没有垃圾回收器，操作系统永远不知道你已经失去了与分配的内存空间的联系，也永远不会尝试像“好的，这个内存空间对于这个进程不再有用了；所以，让我们将其解除分配并为另一个进程服务。”这样的操作。

- ssd

Answer 3

这是必要的，因为 C 语言没有垃圾回收器。一旦你使用 malloc 或类似的函数分配了内存，该内存将被标记为“正在使用”，直到程序运行结束。

即使你在程序中不再持有该内存的指针也无所谓。C 语言没有机制来检查这一点并自动释放内存。

此外，当你使用 malloc 分配内存时，函数并不知道你将用于什么目的。对于分配器来说，它只是一些字节而已。

因此，当你释放一个指针（或指针数组）时，没有逻辑去“意识到”这些是包含内存地址的指针。

这就是 C 语言的设计方式：动态内存管理几乎完全是手动的 - 留给程序员，因此你必须为每次调用 malloc 调用 free。

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¹ C 语言确实处理了一些更繁琐的任务，例如找到可以获得所请求大小的连续空闲内存块。

- Lev M.

Answer 4

让我们来看一个简单的例子：

int **ptr = malloc(2*sizeof *ptr);
int *foo = malloc(sizeof *foo);
int *bar = malloc(sizeof *bar);
ptr[0] = foo;
ptr[1] = bar;
free(ptr);

如果您的建议被实现，foo和bar将成为悬挂指针。如果您只想释放ptr，您将如何解决这种情况？

- klutt

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这是一个反事实的例子。 - Tim Randall

如果您的建议被实施了， - klutt

我可以读懂（甚至理解）。我的反对意见仍然存在，foo和bar都不是悬空指针，在原始代码中也没有悬空指针，因为在**array对象指向的**对象被释放后，它就不存在了。顺便说一下：悬空指针是指向未分配内存的指针。 - too honest for this site

@toohonestforthissite OP的建议是，调用free(ptr)时也应该释放指针ptr[0]和ptr[1]。这将使foo和bar成为悬空指针。 - klutt

@Broman：啊，现在我明白他的意思了。然而，如果 OP 的建议得到实施，唯一合理的事情就是将 foo 和 bar 标记为空指针（或者“指向无处”）。到目前为止，OP 的问题没有得到很好的研究和思考。话虽如此，在有指向对象的指针的情况下长时间进行 GC 是没有意义的。但是 OP 明确展示了一个例子，在这个例子中，没有进一步的指向已经分配的对象，使得这个回答毫无意义。 - too honest for this site