函数分配的堆内存为何表现如栈内存？C指针传参问题排查

问题描述 #

我花了两天排查，查了不少帖子还是搞不懂堆内存的异常情况。我想写个程序，从命令行参数（char* argv[]）获取密码，在堆上分配char* buffer存储输入，再和硬编码的char* password比对。

我在main()里声明了指针char* buffer，让AllocateBuffer()接收这个指针作为参数，用malloc给它分配内存。我没返回指针地址，觉得指针在main()里声明，分配的堆内存之后手动free就行。

在AllocateBuffer()里我把malloc分配的内存填成'A'，验证下来一切正常，但调用StoreBuffer()尝试存储目标内容时，发现指针指向的内存块没了，就像栈内存一样！

char* buffer指针在main()里，分配的内存明明在堆上，这完全不符合预期。我是C语言新手，之前学的都说指针是传引用，到底哪里错了？我漏了什么？

附代码 #

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

int GetBufferLength(int args_num, char* argsv[])
{
    unsigned int blen = 0;
    for (int i = 1; i < args_num; i++)
    {
        blen += strlen(argsv[i]) + 1; 
    }
    printf("BufferLength is :%u\n", blen);
    return blen;
}

int AllocateBuffer(char* bufferName, int bufferLen)
{
    bufferName = malloc(sizeof(char) * bufferLen);
    if (bufferName != NULL)
    {
        printf("buffer Allocation Ok !!!\n");
        for (int i = 0; i < bufferLen; i++)
        {
            if (i == bufferLen - 1)
            {
                *(bufferName + i) = '\0';
                printf("End address that buffer points to in Heap : %p\n", (bufferName + i));
                printf("*(bufferName+%d) : %c\n", i, *(bufferName + i));
                break;
            }
            *(bufferName + i) = 'A';
            printf("*(bufferName+%d) : %c\n", i, *(bufferName + i));
        }
        return 1;
    }
    else
    {
        printf("Could not allocate buffer!!!\n");
        return 0;
    }
}

// 这里只是做缓冲区检查，实际代码已省略以便理解
void StoreBuffer(char* bufferName, int buffer_length, const char* argsv[], int argsc)
{
    printf("%s", bufferName);
}

// 以下函数仅展示程序流程，可跳过直接看main()
void CompareBuffer(char* bufferName, char* string)
{
    printf("CompareBuffer : %s", bufferName);
    if (strcmp(bufferName, string) == 0)
    {
        printf("Password correct.\n");
    }
    else
    {
        printf("Password NOT correct.\n");
    }
}

void DeallocBuffer(char* bufferName)
{
    free(bufferName);
    bufferName = NULL;
}

// main()
int main(int argc, char* argv[])
{
    char* password = "super secret";
    int bufferlength = GetBufferLength(argc, argv);

    char* buffer = NULL; 

    if (AllocateBuffer(buffer, bufferlength))
    {      
          // 这里是出错点：Storebuffer()中buffer为null，见下方命令行输出
          StoreBuffer(buffer, bufferlength, argv, argc);
        
         //CompareBuffer(buffer, password);
         //DeallocBuffer(buffer);
    }

    return 0;
}

命令行输入与运行结果 #

C:\Users\Strakizzz\Desktop\C\experiment\experiment\atrocity\bin>atrocity32.exe super secret
BufferLength is :13
buffer Allocation Ok !!!
*(bufferName+0) : A
*(bufferName+1) : A
*(bufferName+2) : A
*(bufferName+3) : A
*(bufferName+4) : A
*(bufferName+5) : A
*(bufferName+6) : A
*(bufferName+7) : A
*(bufferName+8) : A
*(bufferName+9) : A
*(bufferName+10) : A
*(bufferName+11) : A
End address that buffer points to in Heap : 00AF6C84
*(bufferName+12) :
(null)

问题根源与解决方案 #

问题根源 #

C语言里所有参数传递都是传值，包括指针。你传给AllocateBuffer()的buffer是原指针的副本，函数里给这个副本赋值malloc返回的堆地址，完全不会改变main()里原buffer的值——原buffer始终是NULL，所以调用StoreBuffer()时传的是NULL，自然输出(null)。

所谓“指针传引用”是误解，指针本身也是一个值（内存地址），传递指针本质是把这个地址值复制了一份传给函数，函数修改的是副本，和原指针无关。

修复方法 #

有两种常见的修复方式：

方法一：让AllocateBuffer()返回分配好的指针

修改函数的签名和实现，直接返回malloc的结果：

char* AllocateBuffer(int bufferLen)
{
    char* bufferName = malloc(sizeof(char) * bufferLen);
    if (bufferName != NULL)
    {
        printf("buffer Allocation Ok !!!\n");
        for (int i = 0; i < bufferLen; i++)
        {
            if (i == bufferLen - 1)
            {
                *(bufferName + i) = '\0';
                printf("End address that buffer points to in Heap : %p\n", (bufferName + i));
                printf("*(bufferName+%d) : %c\n", i, *(bufferName + i));
                break;
            }
            *(bufferName + i) = 'A';
            printf("*(bufferName+%d) : %c\n", i, *(bufferName + i));
        }
    }
    else
    {
        printf("Could not allocate buffer!!!\n");
    }
    return bufferName;
}

然后修改main()里的调用逻辑：

buffer = AllocateBuffer(bufferlength);
if (buffer != NULL)
{
    StoreBuffer(buffer, bufferlength, argv, argc);
    // CompareBuffer(buffer, password);
    // DeallocBuffer(buffer);
}

方法二：传递指针的指针（char**）

通过传递指针的地址，让函数能直接修改原指针的值：

int AllocateBuffer(char** bufferName, int bufferLen)
{
    *bufferName = malloc(sizeof(char) * bufferLen);
    if (*bufferName != NULL)
    {
        printf("buffer Allocation Ok !!!\n");
        for (int i = 0; i < bufferLen; i++)
        {
            if (i == bufferLen - 1)
            {
                *(*bufferName + i) = '\0';
                printf("End address that buffer points to in Heap : %p\n", (*bufferName + i));
                printf("*(*bufferName+%d) : %c\n", i, *(*bufferName + i));
                break;
            }
            *(*bufferName + i) = 'A';
            printf("*(*bufferName+%d) : %c\n", i, *(*bufferName + i));
        }
        return 1;
    }
    else
    {
        printf("Could not allocate buffer!!!\n");
        return 0;
    }
}

修改main()里的调用：

if (AllocateBuffer(&buffer, bufferlength))
{
    StoreBuffer(buffer, bufferlength, argv, argc);
    // CompareBuffer(buffer, password);
    // DeallocBuffer(buffer);
}

额外提示 #

你的DeallocBuffer()也存在同样的问题：函数里的bufferName是原指针的副本，把它设为NULL不会改变main()里的原指针。如果想在函数内把原指针置空，同样需要传递指针的指针；或者在main()里调用free(buffer)后，手动把buffer = NULL。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Sotiris