c - C 中的 Malloc 2D 金字塔数组

Question

我在创建一个 2D 数组时遇到问题，其中每个“行”都是不同大小的数组，其中 (2*row)+1 个整数以 row=0 开头。

令我困扰的是，代码适用于一些小输入(1,2,3)，但如果我在打印后尝试释放结构，则代码会在 4 上崩溃，如果我不释放内存，则在 5 上崩溃。

typedef struct{
    int nrow;
    int** numbers;
} pyramid;

pyramid* create_pyramid(int nrow){
    //Allocate memory for pyramid
    pyramid *p = (pyramid *) malloc (sizeof(pyramid));
    if(p == NULL) exit(1);

    p->nrow = nrow;

    //Allocate memory for numbers
    p->numbers = (int**) malloc (sizeof(int*));
    if(p->numbers == NULL) exit(1);

    //Alocate memory for numbers[i]
    int i, nums;
    for(i = 0; i < nrow; i++){
        nums = (i*2) + 1;

        p->numbers[i] = (int*) malloc (nums * sizeof(int));
        if(p->numbers[i] == NULL) exit(1);
    }

    return p;
}

void print_pyramid(pyramid *p){
    int i, j, nums, spaces;
    for(i = 0; i < p->nrow; i++){
        nums = (2*i)+1;
        spaces = p->nrow - (i+1);
        for(j = 0; j < spaces; j++) printf(" ");
        for(j = 0; j < nums; j++){
            printf("%d",p->numbers[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
}

void free_pyramid(pyramid *p){
    int i;
    for(i = 0; i < p->nrow; i++){
        free(p->numbers[i]);
    }
    free(p->numbers);
    free(p);
}

int main(int argc, char *argv[]){
    if(argc<2) exit(1);

    int nrow; sscanf(argv[1], "%d", &nrow);
    pyramid *p = create_pyramid(nrow);
    print_pyramid(p);
    free_pyramid(p);
    exit(0);
}

这是我使用命令行参数 0-4 运行此代码时得到的结果:

userT@userT-VirtualBox:~/Desktop/pyr$ ./a.out 1
0
userT@userT-VirtualBox:~/Desktop/pyr$ ./a.out 2
 0
000
userT@userT-VirtualBox:~/Desktop/pyr$ ./a.out 3
  0
 000
00000
userT@userT-VirtualBox:~/Desktop/pyr$ ./a.out 4
   0
  000
 00000
0000000
*** Error in `./a.out': double free or corruption (out): 0x0000000001441050 ***
======= Backtrace: =========
/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6(+0x777e5)[0x7fcc5a32d7e5]
/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6(+0x7fe0a)[0x7fcc5a335e0a]
/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6(cfree+0x4c)[0x7fcc5a33998c]
./a.out[0x400887]
./a.out[0x40092a]
/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6(__libc_start_main+0xf0)[0x7fcc5a2d6830]
./a.out[0x4005e9]
======= Memory map: ========
00400000-00401000 r-xp 00000000 08:01 38534                              /home/userT/Desktop/pyr/a.out
00600000-00601000 r--p 00000000 08:01 38534                              /home/userT/Desktop/pyr/a.out
00601000-00602000 rw-p 00001000 08:01 38534                              /home/userT/Desktop/pyr/a.out
01441000-01462000 rw-p 00000000 00:00 0                                  [heap]
7fcc54000000-7fcc54021000 rw-p 00000000 00:00 0 
7fcc54021000-7fcc58000000 ---p 00000000 00:00 0 
7fcc5a0a0000-7fcc5a0b6000 r-xp 00000000 08:01 7136                       /lib/x86_64-linux-gnu/libgcc_s.so.1
7fcc5a0b6000-7fcc5a2b5000 ---p 00016000 08:01 7136                       /lib/x86_64-linux-gnu/libgcc_s.so.1
7fcc5a2b5000-7fcc5a2b6000 rw-p 00015000 08:01 7136                       /lib/x86_64-linux-gnu/libgcc_s.so.1
7fcc5a2b6000-7fcc5a475000 r-xp 00000000 08:01 7098                       /lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.23.so
7fcc5a475000-7fcc5a675000 ---p 001bf000 08:01 7098                       /lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.23.so
7fcc5a675000-7fcc5a679000 r--p 001bf000 08:01 7098                       /lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.23.so
7fcc5a679000-7fcc5a67b000 rw-p 001c3000 08:01 7098                       /lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.23.so
7fcc5a67b000-7fcc5a67f000 rw-p 00000000 00:00 0 
7fcc5a67f000-7fcc5a6a5000 r-xp 00000000 08:01 7070                       /lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.23.so
7fcc5a887000-7fcc5a88a000 rw-p 00000000 00:00 0 
7fcc5a8a1000-7fcc5a8a4000 rw-p 00000000 00:00 0 
7fcc5a8a4000-7fcc5a8a5000 r--p 00025000 08:01 7070                       /lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.23.so
7fcc5a8a5000-7fcc5a8a6000 rw-p 00026000 08:01 7070                       /lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.23.so
7fcc5a8a6000-7fcc5a8a7000 rw-p 00000000 00:00 0 
7ffc634cc000-7ffc634ed000 rw-p 00000000 00:00 0                          [stack]
7ffc635d6000-7ffc635d8000 r--p 00000000 00:00 0                          [vvar]
7ffc635d8000-7ffc635da000 r-xp 00000000 00:00 0                          [vdso]
ffffffffff600000-ffffffffff601000 r-xp 00000000 00:00 0                  [vsyscall]
Aborted (core dumped)

如果我不在 main 末尾调用 free_pyramid 函数，我会得到什么:

userT@userT-VirtualBox:~/Desktop/pyr$ ./a.out
userT@userT-VirtualBox:~/Desktop/pyr$ ./a.out 1
0
userT@userT-VirtualBox:~/Desktop/pyr$ ./a.out 2
 0
000
userT@userT-VirtualBox:~/Desktop/pyr$ ./a.out 3
  0
 000
00000
userT@userT-VirtualBox:~/Desktop/pyr$ ./a.out 4
   0
  000
 00000
0000000
userT@userT-VirtualBox:~/Desktop/pyr$ ./a.out 5
    39268576
   000
  00000
 0000000
000000000

Answer 1

如何正确分配内存的机制已经得到解决，但关于您的问题:

令我困扰的是 代码对一些小输入(1,2,3)有效，但在 4 时崩溃 如果我在打印后尝试释放结构，或者在 5 上不释放内存。

即使您还不拥有它，当您尝试写入内存中尚未正确分配的位置时，您的程序也可以正常工作。这被称为 undefined behavior (a) 。您的程序看起来工作正常，然后突然之间，没有明显的原因，它就不行了。

后来，关于释放内存，free语句只是标记内存位置以允许操作系统在需要时使用它们。它不会立即清除该内存的内容。因此，如果您在释放后尝试访问同一内存位置，并且操作系统尚未将其用于其他用途，则您实际上可能会成功看到内容。这又是 undefined behavior (b) 。

同样，如何分配内存的真正问题已经得到解决，但由于金字塔设计中的列与行的数字比例良好且一致，因此可以简化 create_pyramid 函数。 (此示例不使用结构体，而是使用数字 n 填充每行 n。)

int ** create_pyramid(int r);

int main(void)
{
    int r = 5;
    int **p = Create2D(r);
    for(int i=0;i<r;i++)
    {
        for(int j=0;j<(2*i)+1;j++)
        {
            p[i][j] = i; //populate with numeral representing row.
        }
    }
    return 0;
}

int ** create_pyramid(int r)
{   
    int **arr;
    int c = 2*r-1;
    int    y = 0;

    arr   = calloc(c, sizeof(int *));
    for(y=0;y<c;y++)
    {
        arr[y] = calloc((2*y)+1, sizeof(int));  
    }
    return arr;
}

创建内存的图示:(仅显示前几行以节省空间)