与 malloc/realloc 和结构作斗争

Question

在使用 C 中的结构时，我真的很难理解在使用 malloc 和 realloc 时实际发生的情况。我正在尝试解决电话簿问题，我必须创建一个可以添加、删除、并显示条目。可以有无限数量的条目，所以我必须动态定义我的结构数组。我的删除功能还必须找到所需的条目，之后移回所有条目，然后使用realloc 释放最后一个条目。我认为这就是对realloc 的基本了解对我真正有帮助的地方。

我认为我可以正常工作的唯一部分是添加功能，我仍然不知道我是否正确设置了它 - 我只知道它在我运行时可以正常工作。如果有人在非常基本的水平可以帮助我，我将不胜感激。

这是我乱七八糟的代码:-(

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

void getEntry(int *);
typedef struct person {
    char fname[20];
    char lname[20];
    int number[10];
}person;
void getInfo(int *,int,person*);
void delInfo(int*,int,person*);
void showInfo(int*,int,person*);

int main(){

    int a=0;
    int i=0;
    int con=0;
    person* contacts=(person*)malloc(sizeof(person));
    person* pcontacts;
    pcontacts=(person*)calloc(0,sizeof(person));
    getEntry(&a);
    while (a!=4){
        switch (a){
            case 1:
                pcontacts=(person*)realloc(pcontacts,con* sizeof(person));
                getInfo(&con,i,contacts);
                break;
            case 2:
                delInfo(&con,i,contacts);
                break;
            case 3:
                showInfo(&con,i,contacts);
                break;
            default:
                printf("\n Error in response. Please try again: ");
                break;
        }
        getEntry(&a);
    }
    printf("\n Thank you for using the Phone Book Application!\n\n");
    free(contacts);
    return 0;
}

void getEntry(int *a1){
    int b;
    printf("\n\n\n Phone Book Application\n\n 1) Add Friend\n 2) Delete         Friend\n 3) Show Phone Book Entries\n 4) Exit\n\n Make a selection: ");
    scanf("%d",&b);
    *a1 = b;
 }
 void getInfo(int *con,int i,person*contacts){
    printf("\n Enter first name: ");
    scanf("%s",contacts[*con].fname);
    printf(" Enter last name: ");
    scanf("%s",contacts[*con].lname);
    printf(" Enter telephone number without spaces or hyphens: ");
    scanf("%d",contacts[*con].number);
    (*con)++;
    printf("\n Entry Saved.");
 }
 void delInfo(int *con,int i,person*contacts){
    char delfirst[20];
    char dellast[20];

    printf("\n First Name: ");
    scanf("%s",delfirst);
    printf(" Last Name: ");
    scanf("%s",dellast);

    for (i=0; i<*con;i++){
        if (delfirst==contacts[i].fname && dellast==contacts[i].lname){

        }
    }
}
void showInfo(int *con,int i,person*contacts){
    char nullstr[1]={"\0"};
    if (*con>0){
        printf("\n Current Listings:\n");
        for (i=0;i<*con;i++){
            if (strcmp(nullstr,contacts[i].fname)!=0){
                printf(" %s %s       %i\n",contacts[i].fname,contacts[i].lname,contacts[i].number);
            }
            else {};
        }
    }
    else {
        printf("\n No Entries\n");
    }
 }

Answer 1

处理这个问题的一种方法是声明一个指向person 结构的指针，然后像数组一样访问引用的内存：

person *contacts;

您可以在没有条目的情况下进行初始化：

int num_entries = 0;
contacts = NULL;

然后，当您添加条目时：

num_entries++;
contacts = realloc(contacts, sizeof(*contacts) * num_entries);

然后，您可以将新的联系信息读入新结构中，即contacts[num_entries - 1]。当您删除条目时，在将 person 结构复制到动态数组中的新位置之后（如果条目的顺序不是问题，您可以将最后一个条目复制到要删除的条目之上：contacts[delete_index] = contacts[num_entries - 1]） ，你只需这样做：

num_entries--;
contacts = realloc(contacts, sizeof(*contacts) * num_entries);

您应该检查realloc() 的返回值以处理分配错误。

realloc() 的一个很好的特性是，当传递一个空指针时，它的行为就像调用了 malloc()。因此，您可以从表示空联系人列表的空指针开始，并使用realloc() 进行所有添加和删除。关于可移植性的警告：根据GNU C 库参考手册，ISO C 之前的实现可能不支持这种行为。我认为这意味着您可以安全地将其与 ANSI C 及更高版本一起使用。我从来没有遇到过这个问题，但也许有人会插话。

Answer 2

首先，让我澄清另一个答案中提出的一点：

关于可移植性的警告：根据 GNU C 库参考手册，ISO C 之前的实现可能不支持这种行为。

除非您使用几十年前的嵌入式硬件及其专有编译器，否则您很少（如果有的话）遇到至少不支持 C89 (ANSI C) 标准的编译器。

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现在已经结束了，让我们继续讨论malloc() 和realloc()。要理解后者，我们先来看前者。

malloc() 的 man page 声明如下：

malloc() 。 . . [和]realloc()。 . .函数分配内存。分配的内存是对齐的，以便它可以用于任何数据类型。 . . free() 函数释放通过前面的分配函数创建的分配。

这对我们有帮助。基本上，您的操作系统“拥有”物理安装在计算机中的所有可用内存。所有的 RAM，swap space 等都是由系统在kernel level 分配的。

但是，用户空间中的进程（例如您的程序）不希望/不需要管理系统中的所有内存 - 更不用说涉及的安全风险（想想我是否可以随意编辑另一个内存没有安全措施的过程！）。

因此，操作系统将管理一个进程的内存和allocate系统内存的不同部分供进程使用。

一般来说，操作系统将内存划分为所谓的块或page。简单地说，如果你把你的内存分成适当的大小（通常是 2 的指数，并且至少是 CPU 的register 大小的倍数）你会得到一些非常陡峭的optimizations，因为 CPU 只能在以下时间访问内存一定的粒度。

由于所有这些，程序本身必须向内核请求分配内存，以便程序可以使用它并确保它是唯一可以访问它的进程。

malloc() 是执行此任务的标准函数调用。当您使用长度调用malloc() 时，系统将尝试查找未使用系统内存的contiguous 范围并将其映射到进程的virtual memory 空间，存储您请求的内存地址和长度。

如果它找不到足够的内存，它只会返回NULL (0) - 你可以在手册页中阅读:)

随后，当您调用free() 时，它会在虚拟内存表中查找地址，检索您最初malloc()'d 的长度，并告诉系统该进程不再需要该内存区域。

最后一点：segmentation fault 通常是由不再分配的内存访问引起的，即使它曾经是。这就是为什么发明了诸如 RAII 之类的 C++ 范例的原因 - 只是为了减少过早释放内存的可能性，或者根本不释放它（即用完一堆在进程返回之前不会释放的内存）。

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有了以上知识，realloc() 应该是小菜一碟。再一次，让我们看一下它的手册页：

realloc(ptr, size) 函数尝试将ptr 指向的分配大小更改为size，并返回ptr。如果没有足够的空间来扩大ptr 指向的内存分配，realloc() 创建一个新分配，复制ptr 指向的尽可能多的旧数据以适应新分配，释放旧数据分配，并返回一个指向已分配内存的指针。如果ptr 是NULL，则realloc() 等同于对malloc() 的size 字节调用。如果size 为零且ptr 不是NULL，则分配一个新的、最小大小的对象并释放原始对象。

这有点长，但基本上可以准确地告诉你你需要知道什么。

realloc() 与 malloc() 非常相似，因为你传递了一个长度，但你也传递了一个以前的 malloc()'d 指针来调整大小。

简而言之，您基本上是在扩展您之前通过 malloc() 分配的内存区域。

这种混淆通常是因为realloc() 并不总是扩展初始内存区域，而且free() 甚至会扩展您传入的内存区域！

请记住我上面关于连续内存的观点：如果您要求malloc() 分配 10 个字节，而这 10 个字节恰好恰好位于已分配的另外两个内存区域之间，并且那么您想将 10 字节区域的大小调整为 20 字节——会发生什么？

由于内存区域必须是连续的，这意味着它必须为内存找到一个可以连续容纳所有 20 个字节的新位置！

在这种情况下，realloc() 可以很好地找到具有足够空间的新区域，从原始内存区域复制所有旧数据（由您提供的指针 realloc() 指向），释放旧区域，然后返回新区域的地址。

这就是为什么你必须总是存储realloc()的返回地址：

char *ptr = malloc(100);
ptr = realloc(ptr, 400); // not guaranteed the first and
                         // second addresses will be the same!