如何正确释放分配了动态结构体数组的void**双指针内存？

原代码 #

typedef struct thing
{
    void *fooStruct;
} thing;

typedef struct foo
{
    int *somethingNumber;
    char something;
} foo;

extern void **double_ptr;
void *ptr;

int main() {
    ptr = (struct thing*)malloc(sizeof(thing) * 5);
    double_ptr = &ptr;

    for (int i = 0; i<5 ; i++) {
        ((struct thing *)*double_ptr)[i].fooStruct = (struct foo*)malloc(sizeof(foo));
    }

    // <我尝试的内存释放代码>

    return 0;
}

问题描述 #

我尝试了多种方法释放程序中malloc分配的所有内存（所有动态foo结构体、动态thing结构体、ptr及double_ptr），但始终出错。部分尝试方案如下：

// 尝试1：
free(double_ptr);

// 尝试2：
for (int i = 0; i < 5; i++) { 
    aux_ptr = &((struct thing*)*double_ptr)[i]; 
    free(aux_ptr);
}

free(double_ptr);

// 尝试3：
void *aux_ptr;

for (int i = 0; i < 5; i++) { 
    aux_ptr = ((struct thing*)*double_ptr)[i].fooStruct; 
    free(aux_ptr);
    aux_ptr = &((struct thing*)*double_ptr)[i]; 
    free(aux_ptr);
}

free(*double_ptr);

// 尝试4：
void *aux_ptr;

for (int i = 0; i < 5; i++) { 
    aux_ptr = ((struct thing*)*double_ptr)[i].fooStruct; 
    free(aux_ptr);
    aux_ptr = &((struct thing*)*double_ptr)[i]; 
    free(aux_ptr);
}

free(double_ptr);

这些尝试均失败：尝试1、4编译报错（无效指针），尝试2、3存在内存泄漏。指针是我的薄弱点，恳请得到帮助。

错误分析 #

1. 尝试1、4：free(double_ptr)错误
   double_ptr是指向全局变量ptr的指针，它本身不是通过malloc分配的内存，直接free会触发无效指针错误。
2. 尝试2、3：free(&((struct thing*)*double_ptr)[i])错误
   ptr指向的是一块连续的、容纳5个thing结构体的内存块（通过malloc(sizeof(thing)*5)分配），数组单个元素的地址不是malloc返回的指针，不能单独free，只能整体释放整个数组块。
3. 尝试3中free(*double_ptr)是正确操作，但前面多释放了元素地址，属于非法释放

正确的内存释放代码 #

// 先释放每个foo结构体
void *aux_ptr;
for (int i = 0; i < 5; i++) {
    aux_ptr = ((struct thing*)*double_ptr)[i].fooStruct;
    free(aux_ptr); // 释放每个malloc分配的foo
}

// 释放整个thing数组（ptr指向的动态内存）
free(*double_ptr);

// 注意：ptr是全局变量，不是malloc分配的；double_ptr只是指向ptr的指针，二者都无需free

关键说明 #

• 内存释放顺序要和分配顺序相反：先释放每个foo（foo依赖thing的内存存在），再释放整个thing数组。
• 只有malloc（或calloc/realloc）返回的指针才能用free释放，全局变量、栈变量的指针都不能free。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Yuki