有没有办法将所有指向已释放内存的指针设置为 NULL？

Question

我想将所有指向已释放内存位置的指针设置为 NULL，这样就不会出现悬空指针或双重释放。这在 C 中可能吗？

例如，我有以下结构：

struct B {
    int *arr;
    unsigned int len;
};

struct A {
    struct B *b;
};

// Freeing and setting them to NULL:
bool test_safe_free() {
    struct A *a = malloc(sizeof(struct A));
    struct B *b = malloc(sizeof(struct B));
    b->arr = malloc(100 * sizeof(int));
    b->len = 100;
    a->b = b;

    safe_free_A(&a);
    return a == NULL && b == NULL;
}

void safe_free_B(struct B **b_ref) {
    if (*b_ref != NULL) free((*b_ref)->arr);
    (*b_ref)->arr = NULL;
    free(*b_ref);
    *b_ref = NULL;
}

void safe_free_A(struct A **a_ref) {
    // Before freeing A, freeing B:
    if (*a_ref != NULL) safe_free_B(&((*a_ref)->b));
    free(*a_ref);
    *a_ref = NULL;
}

test_safe_free函数返回false，因为即使变量a在释放后设置为NULL，b仍然指向释放的内存，因为指针被复制了（并且副本设置为NULL，而原来的保持不变）当a传入函数时。

我想不出一种方法，一个结构来解决这个问题，但我也不确定我正在尝试做的事情是否可能。

Answer 1

C 语言不会跟踪您对指针变量所做的所有副本。

C++ 可以通过智能指针的概念做到这一点，但是 C 不能，因为它没有类似于析构函数的功能。由程序员负责跟踪任何引用并适当地管理它们。

实现此目的的一种方法是实现引用计数，这并非易事。您需要创建一个结构，该结构将充当所有已分配内存段的标头，这些内存段包含当前引用计数。然后，您需要为malloc 和家族创建一个包装器，为标题加上请求的空间分配空间，在内存块的开头写入标题，然后在块之后返回指向内存的指针。然后，您需要一个可以增加您在创建新引用时手动调用的引用计数的函数。然后你需要一个函数来减少引用计数，当它达到 0 时会调用 free。

当然，即使你这样做了，你也要知道何时不调用free，而记住在必要时增加/减少引用计数。递增失败意味着使用释放的内存和/或双重释放，而递减失败意味着内存泄漏。

Answer 2

在这个函数中

bool test_safe_free() {
    struct A *a = (struct A *) malloc(sizeof(struct A));
    struct B *b = (struct B *) malloc(sizeof(struct B));
    b->arr = (int *) malloc(100 * sizeof(int));
    b->len = 100;
    a->b = b;

    safe_free_A(&a);
    return a == NULL && b == NULL;
}

您声明了未传递给safe_free_B 的指针b。通过引用传递给函数safe_free_B的是指针a->b。

safe_free_B(&((*a_ref)->b));

所以函数test_safe_free中声明的局部变量b保持不变。

你可以写在函数里

a->b = b;
b = NULL;

safe_free_A(&a);
return a == NULL;

现在分配内存的所有者是指针a->b，而不是指针b。

尽管如此，safe_free_B 和 safe_free_A 函数并不安全。:)

你可以这样写

void safe_free_B(struct B **b_ref) {
    if ( *b_ref != NULL ) free((*b_ref)->arr;
    free(*b_ref);
    *b_ref = NULL;
}

和

void safe_free_A(struct A **a_ref) {
    // Before freeing A, freeing B:
    if ( *a_ref != NULL ) safe_free_B(&((*a_ref)->b));
    free(*a_ref);
    *a_ref = NULL;
}