将一个数组分配给具有复杂情况的指针

Question

如果我们将一个指针赋值给另一个指针，这被称为“交换指针”。例如，

float *temp, *ptr1, *ptr2;
temp = ptr1;
ptr1 = ptr2;
ptr2 = temp;

然而，如果我们将数组分配给指针，这是不合法的，因为数组实际上不是指针类型。但看看下面的3个例子：

float arr[]={1.2, 1.9, 3.1};
float *ptr;
int i;
ptr = (float *)calloc(3,sizeof(float));
ptr = arr;
for (i=0;i<3;i++){
    printf("ptr[%d]=%f\n",i,ptr[i]);
}

这段代码片段经过编译并正确运行（非法代码也能得到正确的答案？）：

ptr[0]=1.200000
ptr[1]=1.900000
ptr[2]=3.100000

如果我在最后一行之后添加free(ptr)，即：

float arr[]={1.2, 1.9, 3.1};
float *ptr;
int i;
ptr = (float *)calloc(3,sizeof(float));
ptr = arr;
for (i=0;i<3;i++){
    printf("ptr[%d]=%f\n",i,ptr[i]);
}
free(ptr);  /*add free here*/

这次出现了一个警告：

warning: attempt to free a non-heap object ‘arr’ [-Wfree-nonheap-object]

---

int i;
int flag=0;
float arr1[3]={1.07,3.01,5.02};
float arr2[3]={2.07,6.01,9.02};
float arr3[3]={3.07,8.01,0.02};
float *ptr;
ptr = (float *)calloc(3,sizeof(float));
if(flag==0){
    ptr = arr1;
}
else if(flag==1){ 
    ptr = arr2;
}
else{ 
    ptr = arr3;
}
for (i=0;i<3;i++){
    printf("ptr[%d]=%f\n",i,ptr[i]);
}

使用不同的标记可以正确运行，但如果在最后一行添加free(ptr)，它仍然会像之前一样出现警告。

有人能帮忙分析原因吗？

- coco

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在一行上，您分配足够的字节来容纳三个浮点数，并设置 ptr 的值以保存该内存位置。在下一行中，将 ptr 的值更改为保存 arr 数组的地址，使之前分配的内存变成了孤立状态。由于 ptr 指向的内存实际上是一个包含三个浮点数的文字数组，因此您无法释放它。您应该释放的内存已经泄漏了。 - Tibrogargan

在调用任何堆分配函数时：malloc calloc realloc，请注意以下两点：1）返回类型是void*，可以分配给任何指针。强制转换只会使代码变得混乱，难以理解、调试等。2）始终检查（！= NULL）返回值以确保操作成功。 - user3629249

关于 ptr = arr1; 和类似的语句。这会覆盖通过调用 calloc() 设置在指针中的值，导致内存泄漏。也许你想表达的是：memcpy( ptr, arr1, sizeof( arr1) ); 注意：在 C 中，引用数组名称会降级为数组第一个字节的地址。 - user3629249

@user3629249 - 我知道你的意思，但从技术上讲，数组被“转换为具有指向数组对象初始元素的类型为'指向类型'的表达式”（退化有点奇怪，但你会看到衰减--它本身不在标准中，但是它是常见理解）。请参见：C11标准-6.3.2.1左值、数组和函数设计符号(p3)。 - David C. Rankin

Answer 1

ptr = (float *)calloc(3,sizeof(float));

在这里，你将ptr设置为一个足够大的malloc内存块，可以容纳3个浮点数。然后在下一行：

ptr = arr;

您将ptr的值用arr覆盖，导致内存泄漏。这是合法的，因为在这样的赋值中，数组衰减为指向其第一个元素的指针。

然后，当您打印ptr指向的值时，您会得到arr中的值，因为那是ptr的指向位置。

这也是为什么对ptr调用free无效，因为它不再指向已分配的内存。

至于最后一段代码，这是无效的初始化程序：

float arr1[3]={{1.07,3.01,5.02}};

当我运行这段代码时，第二个和第三个值的flag=0 显示为0，而 flag=1 和 flag=2 显示了所有期望的值。

你只需要一个大括号：

float arr1[3]={1.07,3.01,5.02};

- dbush

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对于最后一段代码，即使我在最后一行添加 free(ptr);，它仍然会像之前一样出现警告。 - coco

@coco 是的，原因相同：您使用本地数组的地址覆盖了malloc分配的内存。 - dbush

所以这段代码片段仍然是无用的，因为我们在使用完它们后必须释放内存。这是否意味着我必须找到另一种将数组分配给指针的方法，比如“for”循环？ - coco

@coco 你必须将本地数组复制到分配的内存（使用memcpy或循环），或者完全消除分配。 - dbush

Answer 2

无错误解决方案

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

int main()
{
    float arr[]={1.2, 1.9, 3.1};
    float *ptr;
    int i;
    ptr = (float *)calloc(3,sizeof(float*));

    if(ptr == NULL){
     perror("calloc");
     return -ENOMEM;
    }
    //ptr = arr;

    // here you need to do something like this
    ptr[0] = arr[0];
    ptr[1] = arr[1];
    ptr[2] = arr[2];

    for (i=0;i<3;i++){
       printf("ptr[%d]=%f\n",i,ptr[i]);

           }
        free(ptr);
}

- Jeet Parikh

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不是错误，但没有必要对malloc（或calloc或realloc）的返回进行强制转换，这是不必要的。请参见：Do I cast the result of malloc? -- 而且你的大括号格式化方式确实很有趣... - David C. Rankin

是的，你说得对，但是为了在其他语言（如C++）之间的可移植性，我喜欢这样做。 - Jeet Parikh

这就是为什么有所谓的C标准和一个单独的C++标准文件。此外，在使用内存之前，应该验证calloc的返回值，例如(if (ptr != NULL))。分配函数在失败时返回NULL(它们确实会失败)。回答问题时，请扮演老师的角色，帮助新学生学习编程。确保他记得你是其中一位好老师 :)。 - David C. Rankin

完成了！谢谢，下次我会确保一切都清晰明了.. :) - Jeet Parikh

Answer 3

当您将指针指向数组时，您的代码中绝对没有任何非法行为。它甚至不会给您警告。

指针是指针，可以指向任何东西。有时您可能需要进行类型转换，但指向相同基本类型的数组不仅是完全有效的，而且非常常见。

但是，您只能在堆上分配的内存上使用free（malloc、calloc等）。数组是在栈上分配的，不需要被释放，并且正如您已经看到的，如果您这样做，将会得到运行时错误。

- klutt

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但是对于“交换指针”（就像第一个例子一样），我们可以“释放”指针。这是因为动态分配的内存仍然存在，而数组可以使用常量指针覆盖它，使指针不再是动态分配的。 - coco

@coco 在第一个示例中，您根本没有分配任何内存，因此不能释放它们。 - klutt

Answer 4

分配一个数组

C语言中不能直接分配数组。

你需要逐个元素地进行分配。

这里会发生什么？

float arr[]={1.2, 1.9, 3.1};
float *ptr;

ptr = arr;

这意味着您将 ptr 指定为 arr [0] 的地址。这被称为"数组衰减为指针（其第一个元素的地址）"

没有复制任何数组元素！

要证明这一点，只需执行

arr[0] = 42.;

下一步，然后运行打印循环

for (int i = 0; i < 3; ++i) 
{
  printf("ptr[%d] = %f\n", i, ptr[i]);
}

你会得到（类似于）：

ptr[0] = 42.000
ptr[1] = 1.9000
...

- alk

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实际上它可以被复制。请看第二个代码片段，它可以返回正确的值。 - coco

@coco：你有没有阅读并尝试我的建议来证明在你展示的三种情况中都没有“复制”任何元素？ - alk