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代码示例：1.3.9 动态内存管理与常见错误

全部示例均标注编译命令、适用环境与实测状态；完整验证记录见《03.5-代码编译运行验证记录》。

  • examples/ex1-dyn-array.c · malloc/calloc/realloc 正确用法与 realloc 安全模式

    /* ex1-dyn-array.c —— malloc/calloc/realloc 正确用法与 realloc 安全模式（1.3.9）
 * 适用环境：Linux / Windows(MinGW)　标准：C11
 * 编译：gcc ex1-dyn-array.c -o d1 -std=c11 -Wall -Wextra -Wpedantic
 * 运行：./d1（Windows: d1.exe）
 */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int main(void)
{
    int n = 5;
    /* calloc 分配并清零；每次分配都检查 NULL */
    int *arr = calloc((size_t)n, sizeof(int));
    if (arr == NULL) {
        fprintf(stderr, "calloc failed\n");
        return 1;
    }
    printf("calloc 后 arr[0..4] 全部为 0: ");
    for (int i = 0; i < n; i++) printf("%d ", arr[i]);
    printf("\n");
 
    for (int i = 0; i < n; i++) arr[i] = (i + 1) * 10;
    long long sum = 0;
    for (int i = 0; i < n; i++) sum += arr[i];
    printf("sum = %lld\n", sum);
 
    /* realloc 安全模式：临时指针判空后再赋回原指针（避免失败时覆盖原指针造成泄漏） */
    int *tmp = realloc(arr, (size_t)(n + 3) * sizeof(int));
    if (tmp == NULL) {
        free(arr);
        fprintf(stderr, "realloc failed\n");
        return 1;
    }
    arr = tmp;
    n += 3;
    for (int i = 5; i < n; i++) arr[i] = i * 100;
    printf("扩容后: ");
    for (int i = 0; i < n; i++) printf("%d ", arr[i]);
    printf("\n");
 
    free(arr);
    return 0;
}

  • examples/ex2-struct-pool.c · 动态结构体数组 + create/destroy 所有权封装

    /* ex2-struct-pool.c —— 动态结构体数组 + create/destroy 所有权封装（1.3.9）
 * 适用环境：Linux / Windows(MinGW)　标准：C11
 * 编译：gcc ex2-struct-pool.c -o d2 -std=c11 -Wall -Wextra -Wpedantic
 * 运行：./d2（Windows: d2.exe）
 * 说明：pool_create 失败路径先释放已分配的部分再返回 NULL——"分配多少清理多少"
 */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
typedef struct { int id; char name[32]; } item_t;
 
typedef struct { item_t *items; int count; } pool_t;
 
static pool_t *pool_create(int n)
{
    pool_t *p = malloc(sizeof(pool_t));
    if (p == NULL) return NULL;
    p->items = calloc((size_t)n, sizeof(item_t));
    if (p->items == NULL) {
        free(p);
        return NULL;
    }
    p->count = n;
    return p;
}
 
static void pool_destroy(pool_t *p)
{
    if (p == NULL) return;
    free(p->items);
    free(p);
}
 
int main(void)
{
    pool_t *pool = pool_create(3);
    if (pool == NULL) {
        fprintf(stderr, "create failed\n");
        return 1;
    }
    for (int i = 0; i < pool->count; i++) {
        pool->items[i].id = 100 + i;
        snprintf(pool->items[i].name, sizeof(pool->items[i].name), "item-%d", i);
    }
    for (int i = 0; i < pool->count; i++)
        printf("items[%d] = { id=%d, name=%s }\n", i, pool->items[i].id, pool->items[i].name);
    pool_destroy(pool);
    return 0;
}

  • examples/ex3-memory-pitfalls.txt · 内存四类问题与检测思路（conceptual：静态讲解，不运行危险代码）

    # 1.3.9 ex3（conceptual 讲解文本，不运行）：内存四类问题与检测思路
#
# 本文件是"概念讲解型"示例（example_kind=conceptual）：只讲解与引工具文档，
# 绝不实际运行 double free / use-after-free 等未定义行为代码（可能破坏进程状态）。
#
# 一、四类内存问题（全部属于"未定义行为"或资源错误，标准不保证结果）
# 1. 内存泄漏（leak）：分配后指针丢失/无人 free——不是 UB，但长期运行内存耗尽。
#    Valgrind 报告：X bytes in N blocks are definitely lost（"确定泄漏"）
# 2. 重复释放（double free）：同一指针 free 两次——UB，可能破坏堆结构导致崩溃。
#    Valgrind 报告：Invalid free() / delete
# 3. 释放后使用（use-after-free）：free 后继续读/写该指针——UB，可能读到被复用数据。
#    Valgrind 报告：Invalid read/write of size N（堆块已释放）
# 4. 越界写（buffer overflow）：写越过分配边界——UB，破坏相邻堆块元数据。
#    Valgrind 报告：Invalid write of size N
#
# 二、检测思路（工具文档核对；本机无 Linux，未执行）
# Linux + Valgrind（Memcheck）：
#   gcc -g -O0 prog.c -o prog
#   valgrind --leak-check=full --track-origins=yes ./prog
#   读报告：先看 Invalid read/write（越界/UAF，最危险）→ 再看 definitely lost（泄漏）
# 备选/跨平台：AddressSanitizer（-fsanitize=address，编译期插桩，5.6 调试章节展开）
# 嵌入式：难以跑 Valgrind——靠 代码审查（create/destroy 配对）、分配/释放计数统计、
#           任务栈水位监控；中断上下文禁止 malloc。
#
# 三、工程防线（本章纪律）
# - 每次分配判 NULL；realloc 用临时指针判空后赋回（ex1 安全模式）；
# - free 后置 NULL（防"重复 free"与"悬空指针误用"的直接触发）；
# - 所有权约定：谁分配谁释放，create/destroy 成对（ex2）；
# - 分配大小用 n * sizeof(T) 并注意乘法溢出（SIZE_MAX 边界，conceptual 说明）。
#
# 验证依据（documentation_checked）：Valgrind Memcheck 官方手册（错误类型与报告字段）、
# C11 7.22.3 内存管理函数语义；未在本机执行 Valgrind（本机无 Linux）。