c-动态分配和复制数组

Question

我有时会看到这样的代码：

char* copyStr(char* input) {
int inputLength;
char *answer;
inputLength = strlen(input);
answer = malloc(inputLength + 1);
answer = input;
return answer;
}

人们经常说这个代码不起作用，这种模式

answer = malloc(inputLength + 1);
answer = input;

毫无意义。为什么会这样？在我看来，代码还可以。它为答案分配了适当的内存，然后将输入复制到答案中。它似乎在我的测试中起作用，例如

int main()
{
printf ("%sn", copyStr("Hello world!"));
}

做我期望它做的事。那么它怎么了？

Answer 1

简单地说。此代码：

var = foo();
var = bar();

在所有¹的情况下100%等同于此：

foo();
var = bar();

此外，如果foo()没有副作用，它100%相当于最后一行：

// foo(); 
var = bar();

这适用于ANY函数，包括malloc。如果我们暂时忘记malloc的作用，只专注于刚才所说的内容，我们可以很快意识到这段代码中注释中所写的内容：

answer = malloc(inputLength + 1);
// Here, the variable answer contains the return value from the call to malloc
answer = input;
// Here, it contains the value of input. The old value is overwritten, and
// is - unless you saved it in another variable - permanently lost.

malloc的作用非常简单。它返回一个指向内存块的指针，如果分配失败，则返回一个NULL指针²就是这样。使用ptr = malloc(size)这样的调用所做的绝对没有什么比将该地址存储在指针变量ptr中更美妙的了。指针变量也同样不比int或float等其他变量更花哨。int存储一个整数。指针存储内存地址。这里没有魔法。

¹_{这是100%等效的，除非你正在做一些非常有趣的事情，比如用外部程序读取变量var^<2>TR}

Answer 2

要回答这个问题，让我们先看一个稍微简单一些的代码片段。

int answer;
answer = 42;
answer = 0;

即使是最粗略的观察者也会注意到第一次任务

answer = 42;

毫无用处。它将42的值放入answer，但在下一个时刻被丢弃并替换为0。因此，这行代码可以完全丢弃。

让我们通过查看C编译器生成的优化汇编代码来验证这一点。正如我们所看到的，answer = 42;行实际上对生成的机器代码没有任何影响。

现在将其与有问题的代码进行比较

answer = malloc(inputLength + 1);
answer = input;

如果类比推理在这种情况下是有效的，那么我们必须得出结论，第一个赋值是无用的，可以省略。我们把一些东西(malloc的结果)放在answer中，但过了一会儿就被扔掉了，取而代之的是其他东西。

当然，如果没有进一步的研究，我们不能说它是否适用，但我们可以通过再次查看生成的组件来证实我们的怀疑。这一点得到了证实。编译器甚至不生成对malloc和strlen的任何调用！它们确实毫无用处。

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那么这个直觉在哪里呢

它为答案分配合适的内存量，然后将输入复制到答案

分解？

问题在于指针和数组之间永远的混淆。

人们可能经常看到在C中，数组是指针，或者指针是数组，或者数组和指针是可互换的，或者其任意数量的变体。这些说法都是虚假和误导性的。指针和数组是完全不同的东西。他们经常一起工作，但这与一体相去甚远。让我们在代码示例中分解指针和数组。

• input是指针变量
• input(推测)指向字符串，该字符串是char的数组
• answer是另一个指针变量
• malloc(...)动态分配char的新数组，并返回指向所述数组的指针
• answer = malloc(...)将该指针复制到answer，现在answer指向由malloc分配的数组
• answer = input将另一个指针(我们已经在上面看到)复制到answer中
• 现在answer和input指向同一个字符串，malloc的结果被遗忘并丢弃

这就解释了为什么你的代码正在做你期望它做的事情。你没有两个完全相同的字符串"Hello world！"的副本，而是只有一个字符串和两个不同的指针。这可能看起来就像是医生的命令，但一旦我们做了一些稍微复杂的事情，它就会崩溃。例如，类似的代码

char *lineArray[MAX_LINES];
char buffer[BUF_LEN];
int i = 0;
while (i < MAX_LINES && fgets(buffer, BUF_LEN, stdin)) {
lineArray[i++] = copyStr(buffer);
}

最终stringArray的每个元素都指向同一个字符串，而不是从stdin指向一堆不同的行。

好的，现在我们已经确定answer = input复制了一个指针。但是我们想要复制一个数组，我们刚刚为它分配了空间！我们该怎么做？

由于我们的数组可能是以NUL结尾的字符串，因此我们可以使用一个标准库函数来复制以NUL开头的字符串。

strcpy(answer, input);

对于其他阵列，我们可以使用memcpy。主要的区别是我们必须向下传递数组的长度。

memcpy(answer, input, inputLength + 1);

这两种变体都适用于我们的情况，但第一种更可取，因为它重申了我们正在处理字符串。为了完整性，这里是固定的copyStr：

char* copyStr(char* input) {
int inputLength;
char *answer;
inputLength = strlen(input);
answer = malloc(inputLength + 1);
strcpy(answer, input);
return answer;
}

顺便说一句，它的工作原理与非标准但广泛可用的strdup函数几乎相同(strdup具有更好的签名和工作错误检查，我们在这里省略了这些)。