C 語言指針動態分配實戰（十一）：malloc 正確用法、指針算術陷阱與多元素分配

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前言

未初始化的指針指向隨機地址，直接使用會破壞系統數據甚至導致死機。本文以 Turbo C 2.0 為背景，詳細演示 **malloc 動態分配正確模式**、**指針算術與類型大小的關係**、**多元素連續分配** 實戰，並揭示 *(p+1) ≠ 下一字節的核心誤區。

一、錯誤代碼剖析

/* 危險：野指針 */
main() {
    int *i;
    char *str;
    *i = 420;           // 崩潰/亂寫
    str = "Good";       // 僅修改指針指向常量區，未分配可寫空間
}

二、正確模式：malloc + 強制轉換 + 解引用

#include   /* 或  */

main() {
    int *i;
    char *str;

    /* 分配 1 個 int (2 字節) */
    i = (int*)malloc(sizeof(int));
    if (!i) exit(1);      // 必檢查 NULL
    *i = 420;             // 正確寫入

    /* 分配 20 字節字符緩衝區 */
    str = (char*)malloc(20);
    if (!str) exit(1);
    strcpy(str, "Good, Answer!");  // 安全拷貝

    /* 使用完畢必須釋放 */
    free(i);
    free(str);
}

三、分配多個同類型元素：連續塊 + 指針算術

#include 

main() {
    int *a;
    a = (int*)malloc(3 * sizeof(int));  // 分配 3 個 int (6 字節)
    if (!a) exit(1);

    *a = 1234;          // a[0]
    *(a + 1) = 4567;    // a[1]
    *(a + 2) = 234;     // a[2]

    /* 等價下標寫法 */
    a[0] = 1234;
    a[1] = 4567;
    a[2] = 234;

    free(a);
}

四、核心誤區：`*(p+1)` 不是下一字節！

指針算術以「所指類型大小」為單位縮放，而非位元組。

指針類型	sizeof	`p+1` 位移位元組	等價下標
`int *`	2	2	`p[1]`
`char *`	1	1	`p[1]`
`double *`	8	8	`p[1]`
`struct Stu *`	結構大小	結構大小	`p[1]`

因此：int *a; *(a+1) = 4567 寫入的是**第 2 個 int (偏移 2 字節)**，而非第 2 字節。

五、malloc 返回值檢查：生死線

malloc 失敗返回 NULL (0)。
**必須**檢查：if (!ptr) { fprintf(stderr, "OOM\n"); exit(1); }。
未檢查直接解引用 NULL → 段錯誤/崩潰。

六、完整生命週期模板

/* 分配 → 檢查 → 使用 → 釋放 → 置 NULL */
int *p = (int*)malloc(N * sizeof(int));
if (!p) handle_oom();

for (int i = 0; i < N; i++) p[i] = compute(i);
process(p, N);

free(p);
p = NULL;  // 防止懸空指針二次 free / 使用

七、Turbo C 具體細節

頭文件：alloc.h (Borland 專用) 或 stdlib.h (ANSI)。
內存模式影響指針大小：Small (近指針 2B) / Large (遠指針 4B)。malloc 返回對應模式指針。
farcalloc/farmalloc 可跨 64KB 段分配 (大模式專用)。

八、常見錯誤速查

錯誤	後果	修正
`malloc(sizeof(p))`	分配指針大小而非目標類型	`malloc(sizeof(*p))` 或 `malloc(sizeof(int))`
忘記 `free`	記憶體洩漏	嚴格配對 `malloc/free`
`free(p); free(p);`	二次釋放 → 堆損壞	`free(p); p = NULL;`
釋放非 malloc 記憶體	未定義行為	僅釋放 malloc/calloc/realloc 返回指針
指針算術按字節計算	訪問錯誤元素/越界	牢記：按 `sizeof(*p)` 縮放