指针与内存

指针是 C 的灵魂，也是风险来源。对照 /roadmaps/c，本课讲解栈与堆、malloc/free 及指针的生命周期——C 区别于 Java 的核心。

学习目标

• 理解指针、取地址与解引用
• 区分栈变量与堆分配
• 正确使用 malloc、calloc、realloc、free
• 避免悬空指针与重复释放

核心概念

栈指针与堆分配

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

void swap_int(int *a, int *b) {
    int tmp = *a;
    *a = *b;
    *b = tmp;
}

char *make_greeting(const char *name) {
    size_t len = strlen(name) + 8;
    char *buf = malloc(len);
    if (buf == NULL) return NULL;
    snprintf(buf, len, "Hi, %s!", name);
    return buf;   /* 调用方负责 free */
}

int main(void) {
    int x = 10, y = 20;
    int *px = &x;

    printf("x=%d, *px=%d\n", x, *px);
    swap_int(&x, &y);
    printf("after swap: x=%d y=%d\n", x, y);

    /* 堆分配 */
    int *arr = calloc(5, sizeof(int));
    if (arr == NULL) return 1;
    for (int i = 0; i < 5; i++) arr[i] = i * i;

    arr = realloc(arr, 8 * sizeof(int));
    if (arr == NULL) return 1;
    arr[5] = 25;

    char *msg = make_greeting("CodeRoadMap");
    if (msg) {
        puts(msg);
        free(msg);
        msg = NULL;   /* 避免悬空指针 */
    }

    free(arr);
    arr = NULL;

    int stack_val = 42;
    int *danger = &stack_val;
    printf("stack pointer ok: %d\n", *danger);
    /* 切勿 return 栈变量地址给调用方 */

    return 0;
}

生命周期对照

存储	分配	释放	典型用途
栈	自动	离开作用域	局部变量、小对象
堆	malloc 等	free	动态大小、跨函数存活
静态	程序加载	程序结束	全局变量、static

规则：每个 malloc 对应一次 free；释放后不再解引用；NULL 检查失败返回值。

与 C++/Java 对照

特性	C	C++	Java
显式指针	核心	有（+ 引用）	无（仅对象引用）
堆管理	malloc/free	/、智能指针