返回指向结构的指针后出现分段错误答案

【问题标题】：Segmentation fault after returning a pointer to a struct返回指向结构的指针后出现分段错误
【发布时间】：2023-03-17 06:27:02
【问题描述】：

有从文件读取并返回结构的程序。

struct ion_bin
{
    int freq;
    long height;
    int amplitude;
};

//Dynamic auto allocating array
typedef struct {
  struct ion_bin *array;
  size_t used;
  size_t size;
} Ionogram;

void freeArray(Ionogram *a); //free memory
void insertArray(Ionogram *a, struct ion_bin element); //realloc memory
void initArray(Ionogram *a, size_t initialSize); //malloc memory

Ionogram* read(int argn, char* argv[])
{
    FILE* stream;
    Ionogram ionogramObj;

    //fill ionogram from file by initArray and insertArray  
    //.....

    return &ionogramObj;
}

int main(int argn, char* argv[])
{
    Ionogram* r = read(argn, argv);

    fprintf(stderr,"Array size: %d Used %d\n",r->size, r->used); //SEGMENTATION FAULT ERROR
    //int second = (*(r->array + 2)).amplitude; //YET SEGMENTATION FAULT ERROR TOO

    //fprintf(stderr, "%d", second);
    return 0;
}

此程序编译成功，但在运行时和调试中通过尝试获取返回结构的字段（在 main 方法中）触发分段错误（SIGSEGV）如何修复此错误？

【问题讨论】：

标签： c struct return

【解决方案1】：

你犯了一个初学者的错误，并返回一个指向局部变量的指针。您必须记住，一旦函数返回，局部变量就会超出范围，然后指向它的指针将变得无效。取消引用这个无效指针会导致未定义的行为。

两种可能的解决方案：

实际上是按值返回结构，而不是指针。
使用malloc 为结构分配内存，并返回指向该动态分配内存的指针。

方法一适用于较小的结构，例如您的结构，但对于较大的结构效率低下，因为必须复制整个结构。（不过，这是一个浅副本，而不是深副本。因此，如果结构中有指针，则只会复制指针，而不是它们指向的内容。）

【讨论】：

@BlagovestBuyukliev 是的，但这还有其他缺点（例如可重入性和线程安全）。
@BlagovestBuyukliev：这种建议有点像告诉初学者用左脚刹车。当然，如果你渴望 F1，这是一项有用的技能，但我们不要一开始就把事情复杂化。
第三个也是最好的行业事实上的标准解决方案：在调用者中分配结构并传递一个指向它的指针。
谢谢！第一个答案是为我工作！我认为，第二种方式并不适合我的情况，因为我不知道在函数读取返回之前我需要分配多少字节。也许我错了。

【解决方案2】：

您正在返回一个指向函数末尾超出范围的变量的指针。

  Ionogram ionogramObj;
  return &ionogramObj;

这是 C 中未定义的行为。

作为替代方案，malloc 函数中结构的内存并返回指向该结构的指针。不要忘记在某个时候free 指针。

【讨论】：

【解决方案3】：

在您的代码中，ionogramObj 变量是函数 read() 的本地变量。一旦函数执行完毕，ionogramObj 就不存在了，所以本质上返回的地址在调用者（main()）中是无效的。

访问无效地址（指针）调用undefined behaviour。分段错误是 UB 的副作用之一。

为避免这种情况，您需要返回一个生命周期大于被调用函数的地址。借助指针和动态内存分配，您可以实现这一点。

查看伪代码

Ionogram* read(int argn, char* argv[])
{
    FILE* stream = NULL; 
    Ionogram *ionogramObj = NULL;                 //take a pointer

    ionogramObj = malloc(sizeof(*ionogramObj));   //allocate memory dynamically

    if (!ionogramObj)                             //don't forget to check for success
      //some error message, return or exit, maybe?
    else
       //do normal operation
    //fill ionogram from file by initArray and insertArray  
    //.....

    return ionogramObj;                           //return the pointer
}

另外，动态分配的内存需要free()d 以避免内存泄漏。使用完返回值后，您可以在调用者 (main()) 中使用返回的指针调用 free()。

【讨论】：