关于字符串和字符的面试题

Question

我遇到了一家公司提出的两个问题。这两个问题让我很困惑。 谁能帮忙解释一下答案的原因？

1. 写出结果。

   void Test(void){
     char *str = (char *) malloc(100);
     strcpy(str, “hello”);
     free(str);
     if(str != NULL){
       strcpy(str, “world”);
       printf(str);
     }
   } 
   

   Ans：它会输出“world”

2. 写出结果。

   char *GetMemory(void){
     char p[] = "hello world";
     return p;
   }
   
   void Test(void){
     char *str = NULL;
     str = GetMemory();
     printf(str);
   }
   

   Ans：输出未知，因为指针无效。

Answer 1

两个示例都包含相同类型的错误，在对象的生命周期结束后使用它。

这样做会导致未定义的行为¹。文中使用了“引用”一词，这基本上意味着访问一个对象或使用该对象的标识符。

在这两个示例中实际导致未定义行为的不是上面提到的规则¹，而是另一个密切相关的规则。指向生命周期已结束的对象的指针的值是不确定的²。读取此类值会导致未定义的行为。这在两个示例中都会发生。

在第一个示例中，str 的生命周期在调用 free 时结束。然后在 if 语句 if(str != NULL){ 中使用该指针，这会导致未定义的行为。

在第二个例子中，p 的生命周期在函数返回时结束。返回的指针被分配给一个指针 str:str = GetMemory();，这会导致未定义的行为。

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¹（引自：ISO/IEC 9899:201x 6.2.4 对象的存储持续时间 2）
如果一个对象在其外部被引用 生命周期，行为未定义。

²（引自：ISO/IEC 9899:201x 6.2.4 对象的存储持续时间 2）
当指针的值变得不确定时 它指向（或刚刚过去）的对象达到其生命周期的终点。

Answer 2

这两个例子都是“未定义行为”的经典案例。在第一种情况下，您在释放内存后使用的是 malloc 的内存。在第二种情况下，您将返回一个指向其内存在堆栈上的字符串的指针 - 一旦执行 GetMemory 中的返回，该指针将不再有效。

然而，“未定义的行为”意味着编译器可以做任何它喜欢的事情，而在这两种情况下，编译器很可能只会让你重用内存。

在第一种情况下，当您释放内存时，通常会发生的情况是该块只是放在空闲列表中以供以后重用。你会发现你可以strcpy 访问它，但可能会破坏mallocs 的免费列表。但这无关紧要，除非malloc 尝试分配新内存。此外，无论您strcpy 什么，除非malloc 将内存重新分配到其他地方，否则它将保持不变。这就是为什么对于某些实现（可能是大多数实现），第一个示例确实打印了“world”。但是，如果此函数是较大程序的一部分，则以后可能会出现无法解释的崩溃。

在第二种情况下，字符串中的内存是从堆栈中分配的。在这种情况下，printf 需要堆栈空间，因此它可能会覆盖包含字符串字符的内存。 printf 可能会打印一个垃圾字符串，但是因为您将它作为第一个参数传递，它会尝试替换它在垃圾字符串中找到的任何格式说明符。所以你可能会得到垃圾，或者你可能会崩溃。

Answer 3

两个结果都是undefined behaviour。

第一个是因为您在释放指针 (str) 后使用它（free() 在成为块后不会/不能将指针设置为 NULL）。

第二个是因为你正在使用指向另一个函数的局部变量的指针。