解引用返回malloc分配指针的函数是否合法？能否用calloc替代？

相关代码 #

结构体定义 #

struct sam {
  int **single_arr_mtrx;
  int *ptr;
  int row;
  int col;
};

单块内存分配函数 #

//############################## single array matrix
struct sam *alloc_sam (struct sam *matrix, int row, int col) {
  matrix -> single_arr_mtrx = malloc (row * col * sizeof(int) + row * sizeof(int*));
  printf ("matrix at: %p\n", (void*) (matrix -> single_arr_mtrx));
  matrix -> ptr = (int*) (matrix -> single_arr_mtrx + row);

  if (!matrix -> single_arr_mtrx) {
    printf ("can't allocate single array matrix\n");
    exit(1);
  } else {
    printf ("Allocated chunk of %ld bytes(single array matrix).\n", row * col * sizeof (int) + row * sizeof(int*));
  }

  matrix -> row = row;
  matrix -> col = col;

  for (int i = 0; i < row; ++i) {
    matrix -> single_arr_mtrx[i] = matrix -> ptr + col * i;
    printf ("Addr %d: %p\n", i, (void*) &(matrix -> single_arr_mtrx[i]));
  }

  return matrix;
}

调用代码 #

void run_sam (void) {
  struct sam matrix;
  matrix = *alloc_sam (&matrix, ROW, COL);

  fill_sam (&matrix);
  print_sam (&matrix);

  dealloc_sam (&matrix);
}

疑问与解答 #

我用单块内存实现了二维数组的分配，经valgrind检测无内存泄漏，但有两个技术疑问：

1. 直接解引用alloc_sam函数的返回值是否合法？
2. 能否使用calloc替代当前的malloc实现该二维数组分配方式？当前malloc语句包含两种不同的sizeof计算，感觉实现难度较大。

问题1：直接解引用alloc_sam的返回值是否合法？ #

合法，但完全没必要。
你传入的&matrix是栈上结构体实例的地址，alloc_sam内部已经直接修改了这个结构体的所有成员（single_arr_mtrx、ptr、row、col），最后返回的也是这个指针。后续执行matrix = *alloc_sam(...)，只是把已经修改好的结构体内容再拷贝一遍到栈上的matrix变量里——这步拷贝完全多余，直接调用alloc_sam(&matrix, ROW, COL);即可，不需要赋值操作。

从语法和内存安全角度，这么做完全合法：函数返回的是指向栈上合法结构体的指针，解引用它不会触发未定义行为，只是多了一次无意义的拷贝。

问题2：能否用calloc替代malloc实现？ #

当然可以，逻辑和malloc完全一致，只是替换函数调用即可。
calloc的作用是分配指定大小的内存并初始化为0，参数为元素数量和每个元素的大小。你只需要把原来malloc的总字节数作为calloc的第二个参数（第一个参数传1），写法如下：

matrix->single_arr_mtrx = calloc(1, row * sizeof(int*) + row * col * sizeof(int));

或者也可以把总字节数拆成总元素数（以字节为单位）和每个元素1字节，写成calloc(row * sizeof(int*) + row * col * sizeof(int), 1)，效果完全一样。

需要注意的是，calloc会把分配的内存初始化为0，所以行指针数组single_arr_mtrx的初始值会是0，但之后你会通过循环给每个single_arr_mtrx[i]赋值，会覆盖这些初始值，完全不影响功能。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Moses