Malloc释放空间，栈空间与堆空间

Question

指针变量a存储的不是malloc的返回值地址吗，而指针变量a的空间是调用函数栈空间里的空间，不是在调用结束后把这个地址赋给p，p是那个栈空间里的，执行结束后，那这个p里面存的地址不是释放了吗？那为什么释放堆空间时还要写free(p)啊？

Answer 1

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你的问题涉及C语言中的内存管理，特别是栈空间与堆空间的区别，以及malloc和free的使用。让我们一步步解答你的疑惑。

首先，理解栈空间和堆空间的概念是关键：

• 栈空间：自动分配和释放，用于局部变量，其生命周期与包含它们的函数调用相同。当函数调用结束，栈上的局部变量（包括指针本身）就会被自动销毁。

• 堆空间：通过malloc、calloc、realloc等函数动态分配，由程序员负责释放，使用free函数。分配的内存可以在函数调用结束后继续存在，直到明确地被释放。

针对你的代码示例，我们来详细分析：

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

char* print_malloc() {
    char *a = (char*)malloc(100); // 在堆上分配空间
    strcpy(a, "I am print_malloc func"); 
    puts(a);
    return a;
}

int main() {
    char *p; // 在栈上声明一个指针
    p = print_malloc(); // p 指向堆上由 malloc 分配的空间
    puts(p); 
    free(p); // 释放堆上由 p 指向的内存
    return 0;
}

1. 当print_malloc函数执行时，它在堆上分配了一块大小为100字节的空间，并将这块空间的地址赋给了局部指针变量a。这里，a本身是在栈上的，但它的值是一个指向堆上内存的地址。

2. 函数执行完毕后，局部变量a（位于栈上）确实会被销毁，但是它之前指向的堆内存并没有自动释放，因为堆内存的生命周期不由函数调用决定，而是由程序员手动管理。

3. 当main函数中的p接收到print_malloc返回的地址时，p也指向了那块堆上的内存。即使print_malloc函数已经结束，p仍然持有对堆上这块内存的引用，使得这块内存不会立即成为悬空指针。

4. 因此，代码中free(p)是必要的，它确保了堆上分配的内存被正确释放，防止了内存泄漏。如果不调用free(p)，程序结束时这部分内存虽然对当前进程不可访问，但依然占用系统资源，可能导致长期运行的应用程序内存消耗增加。

总结，尽管a作为局部变量在函数结束时失效，但通过它分配并返回的堆内存地址被p接收，保持了对这块内存的访问权限，直到free(p)被调用来释放这块堆空间。这是管理C语言程序内存的关键机制之一。