逍遙自在學C語言 | 指標陷阱-空指標與野指標

前言

在C語言中，指標是一種非常強大和靈活的工具，但同時也容易引發一些問題，其中包括空指標和野指標。

本文將帶你瞭解這兩個概念的含義、產生原因以及如何避免它們所導致的問題。

一、人物簡介

• 第一位閃亮登場，有請今後會一直教我們C語言的老師 —— 自在。

• 第二位上場的是和我們一起學習的小白程式猿 —— 逍遙。

二、空指標

• 空指標是指不指向任何有效記憶體地址的指標。

• 在C語言中，可以用NULL宏來表示空指標。

• 當一個指標被賦值為NULL時，它不指向任何有效的記憶體位置。

• 下面是一個範例程式碼，演示瞭如何使用空指標：

#include <stdio.h>

int main() {
    int *ptr = NULL;  // 宣告一個指向整數的空指標

    if (ptr == NULL) {
        printf("指標為空。\n");
    } else {
        printf("指標不為空。\n");
    }

    return 0;
}

• 輸出結果：

指標為空。

• 在上述程式碼中，我們宣告了一個指向整數的空指標ptr，並將其賦值為NULL。

• 然後，我們使用條件語句檢查指標是否為空，並列印相應的訊息。

三、野指標

• 野指標是指指向未知、無效或已釋放的記憶體位置的指標。

• 當一個指標被賦值為未初始化的值、已經釋放的記憶體地址，或者指向一個不再有效的物件時，它就成為了野指標。

• 下面是一個範例程式碼，演示了野指標的行為：

#include <stdio.h>

int main() {
    int *ptr;  // 未初始化的指標

    *ptr = 42;  // 野指標的解除參照

    printf("野指標的值: %d\n", *ptr);

    return 0;
}

• 輸出結果：

Segmentation fault

• 在上述程式碼中，我們宣告了一個未初始化的指標ptr，然後嘗試對其進行解除參照並賦值。

• 由於該指標沒有指向任何有效的記憶體地址，這將導致程式崩潰並引發段錯誤。

四、空指標和野指標的產生

空指標和野指標的產生主要源於以下幾種情況：

1、空指標的產生

• 在宣告指標時將其初始化為NULL：當我們宣告一個指標但沒有為其分配有效的記憶體地址時，可以將其初始化為NULL，表示該指標不指向任何有效的記憶體位置。
• 在釋放記憶體後未將指標置為NULL：當我們釋放了一個指標所指向的記憶體後，為了避免野指標的產生，應該將指標設定為NULL。否則，該指標將繼續指向已經釋放的記憶體位置，成為野指標。

2、 野指標的產生

• 未初始化的指標：當我們宣告一個指標但未對其進行初始化時，該指標的值是未知的。
• 已釋放的記憶體地址：當我們釋放了一塊記憶體後，如果仍然持有指向該記憶體地址的指標，並且對該指標進行解除參照操作，就會導致野指標的產生。
• 指向超出作用域的區域性變數：當一個指標指向了超出其所在作用域的區域性變數時，當該指標被使用時就會產生野指標。這是因為當函數返回後，區域性變數的記憶體將不再有效，但指標仍然保持指向該記憶體地址。

五、 空指標和野指標導致的問題

空指標和野指標可能導致以下問題：

• 程式崩潰：當野指標被解除參照時，存取無效的記憶體位置可能導致程式崩潰，並引發諸如段錯誤等的執行時錯誤。
• 記憶體漏失：如果指標被設定為指向一塊已釋放的記憶體，這將導致記憶體漏失。記憶體漏失會消耗系統資源，並可能導致程式效能下降或崩潰。
• 無法預測的行為：對空指標或野指標進行解除參照操作會導致不可預測的行為，因為存取的記憶體位置是未知的。

六、避免產生野指標的方法

• 初始化指標變數：在宣告指標變數後，確保及時為其分配有效的記憶體地址。
• 及時釋放記憶體並置空指標：在不再需要使用某個指標指向的記憶體時，及時釋放該記憶體，並將指標設定為NULL。
• 避免越過作用域使用指標：確保指標不會超出其所在作用域範圍。當指標指向區域性變數時，確保在變數超出作用域前不再使用該指標。
• 注意指標的生命週期：在使用指標時，瞭解指標所指向的物件的生命週期。確保指標只在物件有效的時間段內使用，並在物件失效後避免使用指標。

小結

通過這篇文章，我們學會了

1、空指標的概念

2、野指標的概念

3、空指標和野指標的產生

4、空指標和野指標導致的問題，避免野指標產生的方法。