结构和内存管理，C答案

【问题标题】：Structures and memory management, C结构和内存管理，C
【发布时间】：2021-11-01 14:51:37
【问题描述】：

我正在尝试了解有关结构和内存管理的一些内容。我有三个版本的代码，其结果是相同的。它们仅在结构的定义/分配上有所不同。在版本一中，该结构分配有以下代码：resultValue_t *resultVal = malloc(sizeof(resultValue_t));。在第二版中，结构是在函数内部创建的：resultValue_t resultVal;。在第三版中，resultValue_t resultVal; 是全局创建的。我想问一下这三个定义实际上有何不同？哪一个给出了哪些可能性？哪个更受赞赏？我知道如果通过指针访问结构，则应该使用-> 运算符等。但是在这里我很好奇这些定义之间的区别和可能性。

//version_1

typedef struct
{
    int valOne;
    int valTwo;
}resultValue_t;

void twoSum(int *array, int sum)
{
    int baseVal, tempSum;
    int arrLen = sizeof(array);
  
    resultValue_t *resultVal = malloc(sizeof(resultValue_t));
    
    //...
    if (tempSum == sum)
    {
        resultVal->valOne = array[index];
        resultVal->valTwo = array[nIndex];
        printf("%d + %d\n", resultVal->valOne, resultVal->valTwo);
    }
    //...

    free(resultVal);
}

//version_2

typedef struct
{
    int valOne;
    int valTwo;
}resultValue_t;

void twoSum2(int *array, int sum)
{
    int baseVal, tempSum;
    
    resultValue_t resultVal;
    
    //...
    if (tempSum == sum)
    {
        resultVal.valOne = array[index];
        resultVal.valTwo = array[nIndex];
        printf("%d + %d\n", resultVal.valOne, resultVal.valTwo);
    }
    //...
}

//version_3

typedef struct
{
    int valOne;
    int valTwo;
}resultValue_t;
resultValue_t resultVal;

【问题讨论】：

作为记录，最好像 typedef struct resultValue_t {...} resultValue_t; 这样对你的结构进行 typedef，这样你就可以添加另一个 resultValue_t 结构作为它的变量（例如创建链表）
变体 1 通常不推荐。如果您只需要函数内的结构，请将其保持在本地存储持续时间（所以变体 2）除非它的大小如此之大以至于您需要担心堆栈溢出。变体 3 不是线程安全的。但是，如果您仍然是单线程的，它可以（在大型结构的情况下）是变体 1 的有效替代方案，以节省动态内存分配（从而提高性能）。
OT：这个代码int arrLen = sizeof(array); 是....嗯...嗯，你从来没有我们arrLen 所以很难说出你的期望，但是...从名字arrLen似乎您期望代码没有做的事情。只是警告:-)
@4386427 是的，我知道 :) 这只是此函数中代码的一部分
@MrmDdda 你知道代码没有给你数组的长度！？它为您提供指针的大小（通常为 4 或 8）。

标签： c struct memory-management

【解决方案1】：

区别在于“存储时长”，即对象的生命周期。

在版本 1 中使用“分配的存储持续时间”。这意味着对象resultVal 在malloc 返回之后存在，直到某些代码通过调用free 显式“杀死它”。在大多数系统上，内存分配在称为堆的区域中。分配通常很慢（即除非有充分的理由，否则不要使用它 - 见下文）。

在版本 2 中使用“自动存储期限”。这意味着对象resultVal 一直存在，直到相关块的执行结束。在这种情况下，直到函数返回。换句话说 - 在这种情况下，对象resultVal 在执行进入函数时自动创建，并在执行离开函数时自动销毁。在大多数系统上，内存分配在称为堆栈的区域中。分配通常非常快。

在版本 3 中使用“静态存储持续时间”。这意味着对象resultVal 从执行开始到执行结束都存在。因此，可以从代码中的任何位置随时访问该对象。作为程序启动的一部分，内存通常分配在一些特殊区域，而且速度也非常快。

显然，所有 3 种类型都有用例。

通常应避免使用版本 3，但在某些特殊情况下静态对象是有意义的。使用时，通常最好使用关键字 static 将它们的使用限制在“文件范围”内。

在大多数情况下，您应该选择版本 2，因为它既快速又安全。但是，如果对象的大小（在本例中为 resultVal）非常大，则应避免使用版本 2，因为存在堆栈溢出的风险。在这种情况下使用版本 1。

如果您希望对象在函数返回后“活着”，版本 1 也很有用（实际上是必需的）。但是，问题中的示例并非如此，因为在离开函数之前会调用 free。

结论：

由于resultValue_t; 是一个相当小的对象类型，并且对象resultVal 在函数调用后不需要“活动”，您应该选择版本2。

【讨论】：

谢谢@4386427。对于版本 3，它会是构建接口时使用的一个很好的例子吗？在那里，我们基本上需要从正在构建的代码中的许多地方访问该结构。版本 1 和 2 已经严重依赖于我们正在编码的内容。
@MrmDdda 是的，这是可以接受版本 3 的一个示例。如果您实现了一些要从“其他文件”调用的函数，并且这些函数需要共享一些您想对函数用户隐藏的数据，您可以创建一个文件范围静态变量，以便代码中的所有函数可以使用该对象，但外部没有人可以访问它。但只是重复一遍......在使用版本 3 之前请三思。
Re“在执行离开范围之前一直存在”：根据 C 标准，对象存在直到关联块的执行结束，而不是直到执行离开块。调用子例程会导致执行离开块，但块的执行只是暂停，而不是结束，因此对象继续存在并且可以在此期间使用（例如，通过传递给子例程的指针）。
Re “当执行离开函数时自动销毁”：在这种情况下是这样，除了上面的“离开”与“结束”问题，但更一般地说，定义出现在嵌套块，生命周期在关联块执行结束时结束，可能比函数执行结束时更早。
@EricPostpischil 感谢您提供有关措辞的建议。我试图相应地编辑答案。顺便说一句：请随时更新答案以更准确。

【解决方案2】：

版本 1 从堆中分配内存。
版本 2 从堆栈分配内存。
版本 3 使用 bss 部分的内存（在我使用的每个编译器实现中，但它可能来自其他地方）。它也是唯一初始化对象的版本（在本例中为全零）。

【讨论】：