面经——C语言——指针大小，内存分配，野指针，大小端

指针大小

在C++中，指针的大小是与编译器平台相关的，通常与操作系统和架构的位数有关。具体来说，指针的大小通常取决于计算机的字长（即操作系统和处理器的位数），常见的情况如下：
32位系统：指针大小通常为4字节（32位）。
64位系统：指针大小通常为8字节（64位）。

分段

C语言内存分配

在C语言中，内存分配通常分为两种方式：静态内存分配和动态内存分配。这两种方式的主要区别在于内存分配的时间和方式。

1. 静态内存分配

静态内存分配是指在程序编译时就已经确定了内存的大小和位置，通常在栈和数据段中进行。

1.1 栈内存分配

栈内存分配用于存储函数的局部变量。栈内存分配是自动的，内存大小在编译时已确定。当函数调用时，局部变量会在栈上分配内存，函数返回时，栈上的内存会被自动释放。

void example() {
    int local_var = 10;  // local_var在栈上分配内存
}

1.2 数据段内存分配

数据段用于存储全局变量、静态变量和常量。数据段内存的大小和位置在程序编译时已确定，且内存通常在程序的生命周期内存在。

int global_var = 100;  // 全局变量，在数据段分配内存

void example() {
    static int static_var = 200;  // 静态变量，在数据段分配内存
}

2. 动态内存分配

动态内存分配是指在程序运行时，根据需要动态地分配和释放内存。动态内存分配主要通过标准库中的malloc、calloc、realloc和free函数来进行。

2.1 malloc（Memory Allocation）

malloc用于分配指定大小的内存块，返回一个指向该内存块的指针。该内存块的内容未初始化，可能包含随机数据。

int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int) * 10);  // 分配10个整数的内存
if (ptr == NULL) {
    // 内存分配失败，处理错误
}

2.2 free（Free Memory）

free用于释放之前分配的动态内存。释放后，指针仍然存在，但它不再指向有效的内存块。因此，释放后应该将指针设置为NULL，以避免悬空指针的错误。

free(ptr);  // 释放之前分配的内存
ptr = NULL;  // 防止悬空指针

动态内存分配的流程

1. 使用malloc或calloc分配内存。
2. 检查返回的指针是否为NULL，以确认内存是否分配成功。
3. 使用动态分配的内存进行计算或存储数据。
4. 使用完毕后，通过free释放内存，以避免内存泄漏。

例子

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

int main() {
    int *arr;
    int n = 5;

    // 动态分配内存
    arr = (int *)malloc(n * sizeof(int));
    if (arr == NULL) {
        printf("内存分配失败\n");
        return 1;
    }

    // 使用动态分配的内存
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        arr[i] = i * 10;
    }

    // 打印内容
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");

    // 释放内存
    free(arr);
    arr = NULL;  // 防止悬空指针

    return 0;
}

野指针

野指针是指向一个已经释放或未初始化的内存区域的指针。

野指针的原因：

1. 未初始化的指针：
   在使用指针之前没有给它分配有效的内存地址，指针的值是随机的，可能指向一个无效的位置。

   int *ptr;  // ptr未初始化
   *ptr = 10; // 错误，野指针
   

2. 释放内存后继续使用指针：
   释放指针所指向的内存后，如果继续访问该内存，指针就变成了野指针。

   int *ptr = malloc(sizeof(int)); // 动态分配内存
   free(ptr);  // 释放内存
   *ptr = 10;  // 错误，ptr变为野指针
   

3. 指针指向的内存已被回收：
   当一个局部变量的作用域结束时，其内存会被释放。如果指针指向该局部变量的地址，它就成为了野指针。

   int *ptr;
   {
       int x = 10;
       ptr = &x;  // ptr指向局部变量x
   }  // x的内存被回收
   *ptr = 20;  // 错误，ptr成为野指针
   

防止野指针的做法：

1. 初始化指针：
   指针在声明时应该初始化，避免指向随机内存。

   int *ptr = NULL;  // 初始化为NULL
   

2. 避免使用已释放的内存：
   在调用free释放内存后，应将指针设置为NULL，防止指针继续访问无效内存。

   free(ptr);
   ptr = NULL;  // 防止野指针
   

3. 检查指针的有效性：
   在使用指针之前，检查其是否指向有效的内存地址，特别是动态分配内存时。

   if (ptr != NULL) {
       *ptr = 10;
   }
   

通过这些方法，可以有效地避免和处理野指针问题，提升程序的稳定性和安全性。

大小端

大端是指数据的高字节存储在低地址处，低字节存储在高地址处。即，数据的高位字节在前，低位字节在后。

小端是指数据的低字节存储在低地址处，高字节存储在高地址处。即，数据的低位字节在前，高位字节在后。

如何检测当前机器的字节序？

指针法

在C++中，可以通过以下方法检测当前机器是大端还是小端：

#include <iostream>

int main() {
    int num = 1;
    char *ptr = (char *)&num;
    if (*ptr == 1) {
        std::cout << "小端\n";
    } else {
        std::cout << "大端\n";
    }
    return 0;
}

联合体法

#include <stdio.h>

union EndianTest {
    int num;
    unsigned char byte;
};

int main() {
    union EndianTest test;
    test.num = 0x12345678;  // 设置一个整数值

    // 查看bytes数组的第一个字节
    if (test.byte == 0x78) {
        printf("小端 (Little Endian)\n");
    } else if (test.byte== 0x12) {
        printf("大端 (Big Endian)\n");
    }

    return 0;
}