[C/C++] 讓你減少錯誤的 3 個指標使用技巧

若是讓大家票選 “C 語言中的哪個部分殘害你最深” 想必會有超過半數的人回答指標，而這也是 C 語言之所以有趣的地方，只要善用指標，許多困難的操作都不再讓人恐懼，自古有云 “指標用的好 C 語言是彩色的，指標用不好 C 語言是黑白的”，也就是這樣的道理

1. 更好的指標宣告

一般來說，我們在學習 C 語言的時候，老師總是這麼教

int *pointer;

試想，若是程式碼多一點，我們就很可能沒辦法一眼看出他是指標，反而還比較像在宣告一個整數，所以我們可以改成這樣寫

int* pointer;

看吧！這不就一目了然啦！是不是指標一眼就看的出來！

舉例來說，若有一段程式碼這樣宣告：

int a;
int *ptr;
*ptr = &a;

一時之間很難發現問題，但如果會這麼做就代表誤解了解參考運算子(*)的意思，因為在第 3 行時 “*” 是運算子，而不是變數的一部分，所以正確的寫法應為：

ptr = &a; // <- correct

若使用前述的作法，就可以避免誤解

什麼？擔心不能用？痾…我們來問一下 Compiler 不就好了？

#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    int aNumber = 10;
    int *pointer = &aNumber;

    cout << "aNumber = " << aNumber << '\n';
    cout << "&aNumber = " << &aNumber << '\n';
    cout << "pointer = " << pointer << '\n';
    cout << "*pointer = " << *pointer << '\n';

    return 0;
}

▲ 原本標準的寫法

aNumber = 10
&aNumber = 0x28fef8
pointer = 0x28fef8
*pointer = 10

▲輸出

 

#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    int aNumber = 10;
    int* pointer = &aNumber;

    cout << "aNumber = " << aNumber << '\n';
    cout << "&aNumber = " << &aNumber << '\n';
    cout << "pointer = " << pointer << '\n';
    cout << "*pointer = " << *pointer << '\n';

    return 0;
}

▲ 改過之後的結果

aNumber = 10
&aNumber = 0x28fef8
pointer = 0x28fef8
*pointer = 10

▲輸出

至於為什麼執行 2 次，印出來的地址都一樣，聽說有一種東西叫做 “記憶體管理” 裡面有一種技術叫 “虛擬記憶體映射”，想知道的人可以自己去查。

注意：在特定情況下，使用此技巧可能造成誤解！

int* ptr1, ptr2;

像這樣的一段程式碼，在編譯器的眼中代表的意思其實是

int* prt1;
int ptr2;

與我們的預期不同，因為對編譯器來說，若要宣告一個指標變數，它一定要在變數名稱前方看到一個 “*”（可以理解為編譯器是由後往前讀變數宣告的）。

因此，建議把每一個變數用獨立的一行宣告

若真的很想在同一行宣告，又想保持易讀性，請參考以下做法：

typedef int* PINT
PINT ptr1, ptr2;

 

 

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 2. 總是在宣告指標時將它指定為 NULL

int* ptr = NULL;

試想，在一指標變數被初始化之前，裡面裝的是甚麼呢？很抱歉，根據 C 語言的標準，這屬於未定義行為，代表它可能是任何的東西，也就是說它可能指向任何位置，甚至是程式所能存取的記憶體範圍之外！

最常見的結果為 程式停止執行，與 節區錯誤（Segment fault）

若指定為 NULL，一旦誤用，就會在執行時產生錯誤（Runtime Error），這樣一來，程式發生錯誤的現象將被固定，使得除錯時更好追蹤。

這樣的技巧同樣適用於任何一種變數的宣告！

 

 

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3. 使用 calloc 來取代 malloc

在 C 語言中，calloc 與 malloc 的最大差別在於，calloc 會在取得記憶體空間之後，將空間內所有位元（bit）設為 0；而 malloc 並不會這麼做。

也就是說：

int* ptr = (int*)calloc(i, sizeof(int));

相當於

int* ptr = (int*)malloc(sizeof(int));
memset (ptr, 0, sizeof(int) );

因此，在執行速度上，calloc 與 malloc 存在差異，但若以執行結果正確為前提的話，犧牲一點點效能，換取 程式執行結果的正確性 和 開發上的便利，應該還算合理。

注：也可以理解成與前方的技巧相同，預先將變數設為 NULL（雖然 NULL 跟 0 的關係會因為平台與編譯器而有所不同）

 

 

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Extra. 指定被釋放的指標為 NULL

當我們使用 malloc 於堆積區配置記憶體之後，都要記得用 free 來釋放它，這個道理人人都知道，但你知道嗎？在釋放之後，原本的指標其實並未被清空。

已就是說，指標仍然指向它原本的那一塊記憶體位址，只是它指的地方已經交還給作業系統了；若是嘗試存取的話，隨著系統的不同可能會造輕重不一的系統錯誤。

在較短的程式碼之中，或許不容易會發生，但若是在實作較為複雜的資料結構時，這樣的可能性並不是沒有。

為了避免因為這樣的錯誤造成系統的崩潰，我們應該在使用 free 之後，立即將它指定為 NULL，範例如下。

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

int main()
{
    int* pointer = (int*)malloc(sizeof(int));
    *pointer = 10;

    printf("pointer 的數值 = %p\n", pointer);
    printf("對 pointer 取值 = %d\n", *pointer);
    printf("====== 釋放 pointer ======\n");
    free(pointer);
    printf("pointer 的數值 = %p\n", pointer);
    printf("對 pointer 取值 = %d\n", *pointer);
    pointer = NULL;
    printf("pointer 的數值 = %p\n", pointer);
    printf("對 pointer 取值 = %d\n", *pointer);

    return 0;
}

▲ 範例程式碼

pointer 的數值 = 007E2F88
對 pointer 取值 = 10
====== 釋放 pointer ======
pointer 的數值 = 007E2F88
對 pointer 取值 = 8262744
===== pointer 為 NULL ====
pointer 的數值 = 00000000

Process returned -1073741819 (0xC0000005)

▲ 執行結果

嗯？這樣好像沒有比較好，畢竟在我們設定為 NULL 之後，它反而崩潰了，但其實發生這樣的誤用，繼續下去的意義也已經失去，若是在功能較簡單的 OS 上，甚至可能會危及整個 OS 的穩定，我仍然認為這是好的習慣。

但是對光是一個 free 就會常常忘記寫的我來說，這樣還是太容易出錯了，所以寫一個副程式（function）來幫自己完成這樣的工作，似乎比較容易，所以小獅我就寫了以下的東西，大家參考一下就好，不一定要用其實這篇文章也是（完整程式碼）

void freePointer(int** pointer)
{
    free(*pointer);
    *pointer = NULL;
}

但這樣還是無法解決 “重複釋放指標” 的問題，而且僅能支援 int 指標，所以我們要來做一點小修改（完整程式碼）

void saferFree(void** ptr)
{
    if ( ptr != NULL && *ptr != NULL )
    {
        free(*ptr);
        *ptr = NULL;
    }
}

使用了 void** 來接收任何形式的指標，並且加入判斷式來避免嘗試釋放 NULL 指標。

但是這樣好像還差一步，因為呼叫時還是要使用如下的方式呼叫：

saferFree((void**)&ptrToFree);

若是可以像 free 一樣好用就好了，於是我們使用 巨集（Macro）來完成最後的目標！（完整程式碼）

#define safeFree(p) saferFree((void**)&(p));

 

 

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是說寫這篇的最大原因其實是，小獅的指標又想跑回去老師那裡了，所以要趕快寫一篇文章來把它們抓回來（感覺好有畫面~）
若有幫助到大家，請給我一點回應喔！這會幫助我繼續寫作下去！

 

參考書籍：透視C語言指標：深度探索記憶體管理核心技術（O’REILLY ）