malloc 用于 C 中的结构和指针

Posted 2023-02-21

【中文标题】malloc 用于 C 中的结构和指针

【英文标题】：malloc for struct and pointer in C

【发布时间】：2013-01-23 23:06:21

【问题描述】：

假设我想定义一个表示向量长度及其值的结构：

struct Vector
    double* x;
    int n;
;

现在，假设我想定义一个向量 y 并为其分配内存。

struct Vector *y = (struct Vector*)malloc(sizeof(struct Vector));

我在互联网上的搜索显示我应该为 x 单独分配内存。

y->x = (double*)malloc(10*sizeof(double));

但是，我似乎为y->x分配了两次内存，一次为y分配内存，另一次为y->x分配内存，这似乎是浪费内存。 如果让我知道编译器的真正作用以及正确的方法是什么，我们将不胜感激 初始化 y 和 y->x。

提前致谢。

【问题讨论】：

正如paxdiablo 所指出的，请不要在C 中转换malloc() 的返回值。我永远不明白为什么每个人都觉得有必要这样做。 :(

@unwind，也许他们是升级到 C 的老 C++ 程序员 :-)

@unwind 在 C 代码上使用 Nvidia 的 nvcc 编译器时，如果我不强制转换 malloc 的结果，则会引发错误。

@Nubcake 根据this link，这可能是因为 nvcc 在 C++ 模式下运行底层编译器，因为它们的 CUDA 接口是 C++。在 C 中，您不会因此而收到错误。在 C++ 中 void * 不会自动转换为其他指针，并且需要强制转换（或者，当然不要在 C++ 中使用 malloc()）。

@unwind 是的，我后来发现了这个 :) 只是想说明一种情况，如果你没有转换结果，那么它会抛出一个错误。

【参考方案1】：

当你malloc(sizeof(struct_name)) 时，它会自动为结构的完整大小分配内存，你不需要 malloc 里面的每个元素。

使用-fsanitize=address 标志检查您如何使用程序内存。

【讨论】：

错了。 x 只是一个指针，您必须为 x 指向的值分配内存。阅读其他答案以获取更多详细信息。 （例如：***.com/a/14768280/5441253）

【参考方案2】：

不，您没有为y->x 分配内存两次。

相反，您正在为结构（包括一个指针）分配内存加上该指针指向的东西。

这样想：

         1          2
        +-----+    +------+
y------>|  x------>|  *x  |
        |  n  |    +------+
        +-----+

所以您实际上需要两个分配（1 和 2）来存储所有内容。

此外，您的类型应该是struct Vector *y，因为它是一个指针，并且您永远不应该在 C 中转换来自 malloc 的返回值，因为它可以隐藏您不想隐藏的某些问题 - C 完全能够隐式将void* 返回值转换为任何其他指针。

当然，您可能希望封装这些向量的创建，以便更轻松地管理它们，例如：

struct Vector 
    double *data;    // no place for x and n in readable code :-)
    size_t size;
;

struct Vector *newVector (size_t sz) 
    // Try to allocate vector structure.

    struct Vector *retVal = malloc (sizeof (struct Vector));
    if (retVal == NULL)
        return NULL;

    // Try to allocate vector data, free structure if fail.

    retVal->data = malloc (sz * sizeof (double));
    if (retVal->data == NULL) 
        free (retVal);
        return NULL;
    

    // Set size and return.

    retVal->size = sz;
    return retVal;


void delVector (struct Vector *vector) 
    // Can safely assume vector is NULL or fully built.

    if (vector != NULL) 
        free (vector->data);
        free (vector);
    

通过这样封装创建，您可以确保向量要么完全构建，要么根本不构建——它们不可能半构建。它还允许您在将来完全更改底层数据结构而不会影响客户端（例如，如果您想让它们成为稀疏数组以牺牲空间换取速度）。

【讨论】：

为我的 ASCII 艺术技能而颤抖 :-)

非常感谢。真的很有帮助。

在if(retval == NULL)中，retval应该是retVal

【参考方案3】：

几点

struct Vector y = (struct Vector*)malloc(sizeof(struct Vector)); 错误

它应该是struct Vector *y = (struct Vector*)malloc(sizeof(struct Vector));，因为y 持有指向struct Vector 的指针。

1st malloc() 只分配足够的内存来保存 Vector 结构（指向 double + int 的指针）

第二个malloc()实际上分配内存来容纳10个double。

【参考方案4】：

原则上你已经做对了。对于你想要的，你需要两个malloc()s。

只是一些cmets：

struct Vector y = (struct Vector*)malloc(sizeof(struct Vector));
y->x = (double*)malloc(10*sizeof(double));

应该是

struct Vector *y = malloc(sizeof *y); /* Note the pointer */
y->x = calloc(10, sizeof *y->x);

在第一行中，您为 Vector 对象分配内存。 malloc() 返回一个指向已分配内存的指针，因此 y 必须是 Vector 指针。在第二行中，您为 10 个双精度数组分配内存。

在 C 语言中，您不需要显式强制转换，而编写 sizeof *y 而不是 sizeof(struct Vector) 更利于类型安全，此外，它还可以节省键入时间。

你可以重新排列你的结构并像这样做一个malloc()：

struct Vector    
    int n;
    double x[];
;
struct Vector *y = malloc(sizeof *y + 10 * sizeof(double));

【讨论】：

“节省打字”从来都不是编程决策的有效论据。使用 *y 的真正原因是出于安全考虑，确保为相应变量分配所需的空间。

@Lundin 我已经更新了我的答案，但对我来说，“类型安全”的论点几乎与写作if(NULL == foo)

@Lundin 写作sizeof *y 可以帮助你对抗错误，比如当你的意思是sizeof(Matrix) 时写作sizeof(Vector)。你经常犯这样的错误吗？当你这样做时，你能多快找到并修复它们？我同意它提高了类型安全性，并且我确实在自己的代码中编写了 sizeof *y，但它几乎就像编写 if(NULL == foo) 一样偏执，以防止在 == 上出现拼写错误。

@Wernsey，为什么struct Vector *y = malloc(sizeof *y); 与struct Vector *y = malloc(sizeof(struct Vector)); 相同？*y 是否以某种方式取消对 Vector 类型的引用？

@ShmuelKamensky 它们在功能上是等效的。 y 是指向 struct Vector 的指针，所以 sizeof *y 表示“y 指向的大小”，所以 sizeof struct Vector。

【参考方案5】：

您实际上可以在一个 malloc 中通过同时分配 Vector 和数组来执行此操作。例如：

struct Vector y = (struct Vector*)malloc(sizeof(struct Vector) + 10*sizeof(double));
y->x = (double*)((char*)y + sizeof(struct Vector));
y->n = 10;

这会分配 Vector 'y'，然后使 y->x 指向 Vector 结构之后立即分配的额外数据（但在同一内存块中）。

如果需要调整向量的大小，您应该按照推荐的方式使用两个分配。然后可以调整内部 y->x 数组的大小，同时保持向量结构 'y' 完整。

【讨论】：

你为什么要专门输入 cast y to char ？为什么不 (double*)y + sizeof(struct Vector)？

sizeof 以字节为单位返回结构体大小，并且指针算术“+”运算符将添加到“y”指针是 sizeof(y) 的倍数。如果我们像你上面那样做，y 将增加 sizeof(double)*sizeof(struct)，这太多了。将 y 转换为 char 让我们将 y 增加 sizeof(char)*sizeof(struct) = 1*sizeof(struct)

不要这样做。它不能确保y->x 正确对齐以容纳double。如果不是，您有未定义的行为。

【参考方案6】：

首先 malloc 为 struct 分配内存，包括 x 的内存（指向 double 的指针）。第二个 malloc 为 x 指向的 double 值分配内存。

【参考方案7】：

第一次为Vector分配内存，这意味着变量x,n。

但是x 还没有指出任何有用的东西。

这就是为什么也需要第二次分配。

【参考方案8】：

当您为struct Vector 分配内存时，您只需为指针x 分配内存，即用于空间，其中包含地址的值将被放置。因此，您不会为 y.x 将引用的块分配内存。