链表节点内存释放后，为何仍能访问到val值？

假设有链表：[1] -> [2] -> [3] -> [4]，节点结构体定义如下：

typedef struct Node
{
    int val;
    struct Node* next;
}Node;

持有链表的head指针，执行以下内存释放操作：

printf("%i", head->val); // 输出1

Node* tmp = head;
while(tmp != NULL)
{
    Node* tmp2 = tmp;
    tmp = tmp->next;
    free(tmp2);
}

printf("%i", head->val); // 输出一个大数，但不为NULL

if (tmp == NULL)
{
    print("is null"); // 此语句会执行
}

疑问 #

为何head->val仍可访问且不为NULL，而tmp为NULL？释放内存后head->val不该变为NULL吗？既然head是指针，指向的地址已被free，为何还能访问到值？

解答 #

• free()的本质是把内存归还给操作系统，它不会修改指针本身的值，也不会主动清空内存里的原有数据。head指针依然保存着原来的内存地址，只是这块地址现在已经不属于你的程序了。
• 访问已被free的内存属于未定义行为：操作系统可能暂时还没覆盖这块内存的内容，你就可能读到旧值；也可能已经把这块内存分配给其他程序/数据，你读到的就是垃圾值（比如代码里的那个大数）。运气差的话，甚至会直接触发程序崩溃——这些情况都没有固定规律，完全取决于系统的内存管理机制。
• tmp最终是NULL和free无关：循环里每次都会先把tmp更新为tmp->next，再释放当前节点。当遍历到最后一个节点（值为4的节点）时，tmp会被更新为它的next（也就是NULL），然后释放最后一个节点，循环结束后tmp自然就是NULL。
• 别混淆类型：head->val是int类型，而NULL是指针类型的空值标记，两者完全不是一个类型，int变量不可能变成NULL。你可能把“指针本身被置空”和“指针指向的内容”搞混了——free既不会把head置为NULL，也不会修改它指向的val的值（只是这块内存不再属于你了）。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Sombre Dreamer