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函式返回區域性指標變數是否可行?

我們大家都知道指標函式的返回指標不能指向函式內的自動變數,如果需要返回函式的內部變數的話,就需要將該變數宣告為靜態變數。為什麼函式能夠返回 靜態變數的地址而不能返回區域性自動變數的地址,到底什麼樣的物件能夠返回其地址,而什麼樣的物件不能夠返回其地址?靜態變數與區域性自動變數的主要區別是什 麼?

     要想明白這些就需要理解程式的記憶體佈局情況

     程式的儲存區域分為:程式碼段、只讀資料段、已初始化的讀寫資料段、未初始化的資料段、堆、棧。

     1、程式碼段、只讀資料段、已初始化的讀寫資料段、未初始化的資料段都屬於靜態區域。

     2、堆記憶體只在程式執行時出現,一般有程式設計師分配和釋放。

     3、棧記憶體只在程式執行時出現,在函式內部使用的變數,函式引數以及返回值將使用棧空間。

     到底儲存在靜態區域和儲存在棧區域的物件在返回指標的函式中有什麼本質區別,為什麼儲存在靜態區域的靜態變數就能夠返回其地址,而儲存在棧區域的自動變數不能返回其地址?

       主要在於他們的管理機制不同,儲存在靜態區域的物件的生存週期是主函式的生存週期,而儲存在棧區域的物件生存週期為指標函式開始執行到指標函式結束,當指 針函式結束時儲存在棧區域的物件生存週期也就結束,其地址也變成無效地址。棧空間由編譯器自動分配和釋放,函式結束時其棧空間釋放記憶體。堆區域一般由程式 員來控制其生存週期。因此,指標函式返回的指標能夠指向靜態區域的變數而不能指向自動區域性變數。

      當函式使用指標作為返回值時,它可以指向靜態區域的地址,可以指向堆記憶體的地址,也可以指向函式呼叫者的棧空間,但是它不可以指向一個函式內部棧記憶體的地址。

      因此,能不能返回區域性指標變數,不在於這個指標變數的型別和性質(不在於該指標是不是區域性指標變數),而在於該指標指向的物件的型別和性質。如果該指標指向函式內部的棧空間,則程式非法,如果指向靜態區域的地址,則合法。

      因此,判斷指標函式返回值是否合法,應該首先看看該返回指標變數指向的物件的儲存區域,即該指標指向的區域。透過現象看本質,不同區域的物件本質區別在於 其的生存週期的有效性不同,判斷返回的指標值是否有效合法,最本質應該看看該指標指向的物件的生存週期在函式結束後是否有效。如果該物件的生存週期長於指 針函式的生存週期,則該指標返回值合法,否則,該指標的值為非法地址。即使該指標指向堆區域的地址但在指標函式結束時,堆已釋放,則該函式的返回地址仍為 非法。

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如果函式的引數是一個指標,不要指望用該指標去申請動態記憶體。示例7-4-1中,Test函式的語句GetMemory(str, 200)並沒有使str獲得期望的記憶體,str依舊是NULL,為什麼?

void  GetMemory(char *p, int num)

{

    p = (char *)malloc(sizeof(char)  * num);

}

void  Test(void)

{

    char *str = NULL;

    GetMemory(str, 100);    // str 仍然為 NULL 

    strcpy(str,  "hello");   // 執行錯誤

}

示例7-4-1 試圖用指標引數申請動態記憶體

毛病出在函式GetMemory 中。編譯器總是要為函式的每個引數製作臨時副本,指標引數p的副本是 _p,編譯器使 _p =  p。如果函式體內的程式修改了_p的內容,就導致引數p的內容作相應的修改。這就是指標可以用作輸出引數的原因。在本例中,_p申請了新的記憶體,只是把 _p所指的記憶體地址改變了,但是p絲毫未變。所以函式GetMemory並不能輸出任何東西。事實上,每執行一次GetMemory就會洩露一塊記憶體,因 為沒有用free釋放記憶體。

如果非得要用指標引數去申請記憶體,那麼應該改用“指向指標的指標”,見示例7-4-2。

void  GetMemory2(char **p, int num)

{

    *p = (char  *)malloc(sizeof(char) * num);

}

void Test2(void)

{

    char *str = NULL;

    GetMemory2(&str, 100);  // 注意引數是 &str,而不是str

    strcpy(str,  "hello");  

    cout<< str <<  endl;

    free(str); 

}

示例7-4-2用指向指標的指標申請動態記憶體

由於“指向指標的指標”這個概念不容易理解,我們可以用函式返回值來傳遞動態記憶體。這種方法更加簡單,見示例7-4-3。

char  *GetMemory3(int num)

{

    char *p = (char  *)malloc(sizeof(char) * num);

    return p;

}

void  Test3(void)

{

    char *str = NULL;

    str = GetMemory3(100); 

    strcpy(str,  "hello");

    cout<< str <<  endl;

    free(str); 

}

示例7-4-3 用函式返回值來傳遞動態記憶體

用函式返回值來傳遞動態記憶體這種方法雖然好用,但是常常有人把return語句用錯了。這裡強調不要用return語句返回指向“棧記憶體”的指標,因為該記憶體在函式結束時自動消亡,見示例7-4-4。

char *GetString(void)

{

    char p[] = "hello  world";

    return p;   // 編譯器將提出警告

}

void  Test4(void)

{

char *str = NULL;

str =  GetString();  // str 的內容是垃圾

cout<< str  << endl;

}

示例7-4-4 return語句返回指向“棧記憶體”的指標

用偵錯程式逐步跟蹤Test4,發現執行str = GetString語句後str不再是NULL指標,但是str的內容不是“hello world”而是垃圾。

如果把示例7-4-4改寫成示例7-4-5,會怎麼樣?

char *GetString2(void)

{

    char *p = "hello  world";

    return p;

}

void  Test5(void)

{

    char *str = NULL;

    str = GetString2();

    cout<< str <<  endl;

}

示例7-4-5 return語句返回常量字串

函式Test5執行雖然不會出錯,但是函式GetString2的設計概念卻是錯誤的。因為GetString2內的“hello world”是常量字串,位於靜態儲存區,它在程式生命期內恆定不變。無論什麼時候呼叫GetString2,它返回的始終是同一個“只讀”的記憶體塊。