C堆分配数组出现未定义行为的原因及修复方案咨询

你的问题根源在于指针的传递方式：你把factors指针按值传递给了PrimeFactors函数。

在C语言中，函数参数默认是值传递——也就是说，当你把factors传入函数时，函数会创建一个这个指针的副本。当你在函数内部调用realloc时，如果系统需要为数组分配新的内存块（比如你遇到的数组大小>=4的情况），realloc会返回新的内存地址，这个地址只会赋值给函数内部的那个指针副本，而main函数里的原始factors指针完全不知道这个变化，仍然指向原来的旧内存地址。

旧的内存地址在realloc完成后已经被系统回收或者重新分配了，这时候main函数再去访问这个地址，自然会读到垃圾值，触发未定义行为。

从你的实际输出也能清晰看到这个问题：当realloc到大小4时，函数内部的地址变成了0x5626aa1812b0，但main里的地址还是最初的0x5626aa180260，两者已经不一致了。

有两种常见的方法可以解决这个问题，都是为了让main函数能获取到realloc后的新指针地址：

方法1：传递指针的指针（推荐，兼容你当前的函数返回值设计） #

我们通过传递factors指针的地址（也就是二级指针），让函数可以直接修改main里的原始指针变量。

修改步骤： #

1. 修改PrimeFactors函数的参数，把unsigned long long* factors改成unsigned long long** factors：

int PrimeFactors (unsigned long long** factors, unsigned short int* size, unsigned long long n)

2. 函数内部所有访问factors的地方，都要加上*解引用，操作原始指针指向的内存：

   • 调用realloc时（用临时变量存储结果，避免失败时丢失原始指针）：

     unsigned long long* temp = realloc(*factors, (*size) * sizeof(unsigned long long));
     if (temp == NULL) {
         printf("realloc failed re-allocating factors array\n");
         return -1;
     }
     *factors = temp; // 更新原始指针
     printf("realloc() %d address in PrimeFactors() : %p\n", *size, (void *)&((*factors)[0]));
     

   • 赋值素因子时：

     (*factors)[factorsCount] = i;
     

   • 打印数组内容时：

     for(int i = 0; i < *size; ++i) printf("%llu\n", (*factors)[i]);
     

3. 修改main函数里的调用，传入factors的地址：

PrimeFactors(&factors, size, n);

方法2：让函数返回新的指针地址 #

如果你不想用二级指针，可以修改函数的返回值类型，让它返回realloc后的新指针地址，main函数接收这个返回值来更新自己的指针。

修改步骤： #

1. 修改PrimeFactors的返回值类型，从int改成unsigned long long*，同时处理错误时返回NULL：

unsigned long long* PrimeFactors (unsigned long long* factors, unsigned short int* size, unsigned long long n) {
    printf("In PrimeFactors() :\n");
    *size = 2;
    unsigned long long* temp = realloc(factors, (*size) * sizeof(unsigned long long));
    if (temp == NULL) {
        printf("realloc failed re-allocating factors array\n");
        return NULL; // 返回NULL表示错误
    }
    factors = temp;
    printf("realloc() %d address in PrimeFactors() : %p\n", *size, (void *)&(factors[0]));

    // ... 其余逻辑保持不变，最后返回factors
    printf("Exiting PrimeFactors()...\n\n");
    return factors;
}

2. main函数里接收返回值，并检查是否出错：

unsigned long long* new_factors = PrimeFactors(factors, size, n);
if (new_factors == NULL) {
    printf("PrimeFactors failed\n");
    free(factors);
    free(size);
    return -1;
}
factors = new_factors;

• 不管用哪种方法，都建议用临时变量存储realloc的结果，避免realloc失败时丢失原始指针（直接赋值的话，失败返回NULL会导致原来的内存地址丢失，造成内存泄漏）。
• 你的代码中*size的初始值设为2，但实际素因子数量可能超过这个值，当前的逻辑是在factorsCount >= *size时扩容，这个逻辑是没问题的，但可以考虑初始值设得更合理（比如1，和main里的初始malloc保持一致）。

按照上面的方法修改后，main函数里的factors指针会正确更新为realloc后的新地址，你就能得到预期的输出结果了。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者R2K