CS50 Volume实验为何用单个buffer变量而非malloc或数组？

问题代码 #

// TODO: Read samples from input file and write updated data to output file
int16_t buffer;
while (fread(&buffer, sizeof(int16_t), 1, input))
{
    buffer *= factor;
    fwrite(&buffer, sizeof(int16_t), 1, output);
}

疑惑点 #

该buffer变量分配在栈上，地址固定，无法像数组或堆指针那样索引。不解的是：fwrite为何能持续写入循环外声明的同一变量地址？该写法反复更新同一内存地址的值直至文件结束。能理解用int16_t buffer[];的情况，但为何该方案无需malloc也能正常工作且不触发段错误？

解答 #

1. 同一地址重复读写的合理性
   栈上的buffer是单个int16_t类型变量，它的内存地址在声明后确实固定不变，但这完全不影响循环中的读写操作：

• 每次fread都会把输入文件里的下一个音频样本（占2字节）写入到buffer的内存地址中，直接覆盖掉变量里之前的旧值；
• 修改buffer *= factor后，fwrite再把当前buffer里的新值写到输出文件，全程操作的都是这个变量的当前值，而非固定的旧数据。只要每次读写的字节数（sizeof(int16_t)）和变量类型匹配，重复读写同一地址完全合法。

2. 无需数组或malloc的原因
   这个场景下我们只需要逐个处理单个音频样本，单个int16_t变量的内存空间（2字节）已经足够容纳一个样本，根本不需要数组或者堆内存：

• 栈上分配的buffer在整个while循环的作用域内都是有效的，每次循环只是更新它的值，不会出现内存越界或失效的情况；
• 只有当我们需要一次性批量处理多个样本（比如一次读1024个）时，才需要用数组或者malloc申请连续内存来存储多个样本。这里单样本处理的逻辑，用单个栈变量就足够完成任务，自然不会触发段错误。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Robert Paulson