C语言malloc分配char指针内存时如何正确调用free()避免报错

代码触发运行时内存错误是多类非法内存操作叠加导致的，具体问题点如下：

• 数组越界写：给pid_array元素做地址偏移的循环从i=0启动，第一次循环就访问了pid_array[-1]，属于数组越界写入，直接破坏了malloc维护的堆内存元数据，是最早的内存损坏点。正确逻辑应该从i=1开始偏移，因为pid_array[0]已经指向连续内存块的首地址。
• 非法free非malloc首地址：你采用的是「二级指针数组+单块连续字符串存储区」的分配模式，整块字符串存储区仅需要free一次首地址pid_array[0]即可，但代码写了循环对0~MAX_LEN-1所有pid_array[i]执行free，除pid_array[0]外其余指针都是指向同一块malloc内存的内部偏移位置，不是malloc返回的独立内存块首地址，对这类地址执行free属于未定义行为，直接触发堆损坏。
• 释放后使用+野指针free：循环free完所有pid_array[i]后，代码又调用getFileName将pid_array元素指向readdir返回的d_name地址（该地址属于目录流内部维护的内存，不是你自行分配的堆地址），后续再执行free(pid_array[0])时，传入的已经不是之前malloc返回的地址，free非堆地址直接触发崩溃。
• free顺序错误：就算没有前面的指针覆写问题，代码先free(pid_array)释放二级指针数组本身，之后再访问pid_array[0]属于释放后使用（UAF），正确顺序应该先释放指向的内容块，再释放二级指针数组本身。
• 业务逻辑写反：isPid函数判断逻辑反转，遇到非数字字符返回1、全数字返回0，会把非PID的目录名误识别为PID收集。

报错信息翻译 #

你遇到的是glibc堆内存校验失败的典型错误，对应中文含义：

*** 检测到程序错误 ***：free() 传入无效指针/重复释放
已放弃（核心已转储）

核心修正逻辑：

• 偏移赋值循环从i=1起始，避免越界访问
• 连续内存分配模式下，仅free一次连续内存块首地址，禁止循环free内部偏移指针
• 内存使用完成后再执行释放，遵循「子块先释放、父块后释放」的顺序
• 收集文件名时用strcpy将内容拷贝到自行分配的内存中，不要直接存储d_name的临时指针
• 修正isPid的判断返回值逻辑

修复后可运行代码：

#include <assert.h>
#include <ctype.h>
#include <dirent.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

#define MAX_LEN 1000
#define SINGLE_LEN 10

int isPid(char *str) {
  int len = strlen(str);
  for (int i = 0; i < len; i++) {
    if (isdigit(str[i]) == 0) {
      return 0;
    }
  }
  return 1;
}
void getFileName(char *dir_path, char *pid_array[], int *len) {
  DIR *dir = opendir(dir_path);
  if (dir == NULL) {
    fprintf(stderr, "path open failed!\n");
    exit(EXIT_FAILURE);
  }
  struct dirent *ent;
  int i = 0;
  while ((ent = readdir(dir)) != NULL && i < MAX_LEN) {
    if (strcmp(ent->d_name, ".") == 0 || strcmp(ent->d_name, "..") == 0) {
      continue;
    }
    if (isPid(ent->d_name) == 1) {
      strncpy(pid_array[i], ent->d_name, SINGLE_LEN - 1);
      pid_array[i][SINGLE_LEN - 1] = '\0';
      i++;
    }
  }
  *len = i;
  closedir(dir);
}

int main(int argc, char *argv[]) {
  int pflag, nflag, vflag;
  pflag = 0;
  nflag = 0;
  vflag = 0;
  int opt;
  while ((opt = getopt(argc, argv, "pvn")) != -1) {
    switch (opt) {
      case 'p':
        pflag = 1;
        break;
      case 'v':
        vflag = 1;
        break;
      case 'n':
        nflag = 1;
        break;
    }
  }
  printf("pflag=%d; nflag=%d; vflag=%d; optind=%d\n", pflag, nflag, vflag, optind);
  char **pid_array = (char **)malloc(sizeof(char *) * MAX_LEN);
  assert(pid_array != NULL);

  pid_array[0] = (char *)malloc(sizeof(char) * SINGLE_LEN * MAX_LEN);
  assert(pid_array[0] != NULL);
  for(int i = 1; i < MAX_LEN; i++){
     pid_array[i] = pid_array[i-1] + SINGLE_LEN;
  }

  int *pid_array_len = (int *)malloc(sizeof(int));
  assert(pid_array_len != NULL);
  getFileName("/proc", pid_array, pid_array_len);
  for (int i = 0; i < *pid_array_len; i++) {
    printf("%d\n", atoi(pid_array[i]));
  }

  free(pid_array[0]);
  free(pid_array);
  free(pid_array_len);
  return 0;
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者袁庭宁