如何改进 C 中动态分配字符串的代码？

Question

所以我现在正在练习和学习 C，遇到了来自 CodeWars 的一个相当简单的挑战，要求打印一串“Aa~”、“Pa！”和“Aa！”取决于 n 是否

我想确保通过这些问题了解基础知识

1. 所以我知道在其他带有 int 的 malloc 示例中，我们设置了一个指针（int 类型）来指向分配的内存块。当我声明“char *ptr”指向分配的内存块时，它是否仍然是一个指针，因为请原谅我认为“char *anything”意味着它是表示字符串的约定。因此，如果我没有像我想的那样设置像“char **ptr”这样的指针，那么不确定为什么下面会起作用。

2. 当我尝试返回答案时，尤其是当“val”为 1 或 0 时，为什么会收到“malloc: *** error for object 0x100000fab: pointer being free was not assigned” 类型的错误？我在某处读到将指针（字符串？）答案更改为 NULL 将解决问题，但不完全确定为什么会这样。

3 继续上面的问题，为了释放空间，如果我们在函数中动态分配内存块但需要从该函数返回值，那么最好的方法是什么？例如，我们是在之后还是之前释放空间？

感谢大家的意见。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define val 1
char *sc(int); // function declaration/prototype 

int main(int argc, const char * argv[]) {
    char *answer = sc(val);
    printf("The answer is %s\n", answer);
    answer = NULL; // why does this work
    free(answer);
    return 0;
}

char *sc(int n) {
  // if n < 6 then will have an extra "Aa!" after "Pa!" at the nth position
    char *ptr = (char*) malloc(n*4);
    if (ptr == NULL){
        printf("malloc failed");
    }
    char *first = "Aa~ ";
    char *second = "Pa! Aa!";
    char *third = "Pa!";
    if (n <= 6 && n >1) {
        for (int i = 0; i <n-1; i++){
            ptr = strcat(ptr, first);
        }
        ptr = strcat(ptr, second);
        }
    else if (n> 6){
        for (int i = 1; i < n; i++) {
            ptr = strcat(ptr, first);
        }
        ptr = strcat(ptr, third);
    }
    else if (n <= 1){
        ptr = "";
    }
    else {
        printf("Error!");
        exit(0);
    }

    return ptr;
}

Answer 1

你的代码的主要问题是你没有清零你从malloc()得到的缓冲区，所以第一个strcat()不一定要写在字符串的开头，而是写在结尾.

您可以在malloc() 调用后立即使用strcpy() 修复该问题并检查：

strcpy(ptr, "");

或者，等效地，您可以将缓冲区的第一个字节设置为零。由于 C 字符串是以零结尾的字符串，因此将字符设置为零将表明它位于末尾：

ptr[0] = 0;

您似乎也分配的缓冲区太短了。如果您编写n-1 的Aa~ 副本（4 个字节）加上Pa! Aa! 的一个副本（包括终止零时为8 个字节！）您实际上需要4 * (n+1) 作为空间。所以要么总是分配它，要么在n < 6需要额外字节的情况下这样做。

这也是个问题：

ptr = "";

因为现在您的ptr 不再指向malloc() 返回的缓冲区，而是指向二进制文件中的静态（空）字符串。很可能这是您从free() 遇到麻烦的地方，因为在二进制文件中的静态字符串上调用它肯定是错误的。

此外，在您设置ptr = "" 后，您不再拥有对您分配的缓冲区的任何引用，这意味着您很可能只是造成了内存泄漏！

在这种情况下，您应该简单地使用strcpy() 或将第一个字节设置为零。但如果您在程序开始时这样做，则无需在此处进行。

最后，free(NULL); 可以工作（如，不会抛出错误），因为这是其规范的一部分，您可以向它传递一个 NULL 指针，它不会执行任何操作。但请注意，它并没有释放您分配的缓冲区，因此这里也存在内存泄漏。

我会进一步重构你的代码的第二部分，这样你就不会有太多的重复附加字符串：

char *sc(int n) {
    /* if n <= 6 then will have an extra "Aa!"
     * after "Pa!" at the nth position.
     */
    char *ptr;
    if (n < 0) {
        printf("Error!");
        return NULL;
    }
    ptr = (char*) malloc(4 * (n+1));
    if (ptr == NULL){
        printf("malloc failed");
        return NULL;
    }
    strcpy(ptr, "");
    if (n > 1) {
        for (int i = 1; i < n; i++){
            strcat(ptr, "Aa~ ");
        }
        strcat(ptr, "Pa!");
        if (n <= 6) {
            strcat(ptr, " Ah!");
        }
    }
    return ptr;
}

另外请注意，您不需要每次都将strcat() 的结果分配回ptr，因为它总是返回它的第一个参数，所以将它分配在那里并没有真正改变任何东西。

Answer 2

1. 我认为“char *anything”意味着它是表示字符串的约定。因此，如果我没有像我想的那样设置像“char **ptr”这样的指针，我不确定为什么下面的代码会起作用。

你正在为一个字符串分配内存，所以它只需要是char *。 char ** 将用于包含多个字符串的数组，或用于指向包含指向字符串的指针的变量的指针。

1. 为什么会出现“malloc: *** 对象 0x100000fab 错误：未分配指针被释放”

当您执行ptr = ""; 时，您会明白这一点。执行此操作后，ptr 不再指向使用malloc 分配的内存，而是指向该字符串文字。如果要将分配的内存设置为空字符串，可以这样做

ptr[0] = '\0';

这会在字符串的第一个元素中放置一个空终止符。

您还需要在使用strcat() 附加到字符串的代码之前执行此操作。否则，您将附加到未初始化的数据。最简单的方法是在分配内存后立即执行（然后您不需要在 n <= 1 块中使用它。

不需要else 块。除非 CPU 出现故障（在这种情况下，所有赌注都关闭），否则除了您测试的 3 之外没有其他可能性。但是，您应该在调用malloc() 之前检查n < 1，因为您不能分配负内存，并且malloc(0) 可能会返回NULL。

为ptr分配空间时，需要为字符串的终止空值添加1个字节。

char *sc(int n) {
    // if n < 6 then will have an extra "Aa!" after "Pa!" at the nth position
    if (n >= 1) {
        char *ptr = malloc(n*4 + 1);
    } else {
        char *ptr = malloc(1);
    }
    if (ptr == NULL){
        printf("malloc failed");
        exit(1);
    }
    ptr[0] = '\0'; // initialize empty string
    char *first = "Aa~ ";
    char *second = "Pa! Aa!";
    char *third = "Pa!";
    if (n <= 6 && n >1) {
        for (int i = 0; i <n-1; i++){
            ptr = strcat(ptr, first);
        }
        ptr = strcat(ptr, second);
        }
    else if (n> 6){
        for (int i = 1; i < n; i++) {
            ptr = strcat(ptr, first);
        }
        ptr = strcat(ptr, third);
    }
    else if (n <= 1){
        // nothing to do
    }

    return ptr;
}