解决函数中返回局部指针变量的问题，加深理解《堆和栈》问题
2017-04-11 11:28
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先分享网上的一遍文章，以帮助大家理解：
《 堆和栈的区别》
一、预备知识—程序的内存分配
一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分
1、栈区（stack）— 由编译器自动分配释放 ，存放函数的参数值，局部变量的值等。其
操作方式类似于数据结构中的栈。
2、堆区（heap） — 一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回
收 。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表，呵呵。
3、全局区（静态区）（static）—，全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的
全局变量和静态变量在一块区域， 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另
一块区域。 - 程序结束后由系统释放。
4、文字常量区 —常量字符串就是放在这里的。 程序结束后由系统释放
5、程序代码区—存放函数体的二进制代码。
二、例子程序
这是一个前辈写的，非常详细
//main.cpp
int a = 0; 全局初始化区
char *p1; 全局未初始化区
main()
{
int b; 栈
char s[] = "abc"; 栈
char *p2; 栈
char *p3 = "123456"; 123456/0在常量区，p3在栈上。
static int c =0； 全局（静态）初始化区
p1 = (char *)malloc(10);
p2 = (char *)malloc(20);
分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
strcpy(p1, "123456"); 123456/0放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"
优化成一个地方。
}
二、堆和栈的理论知识
2.1申请方式
stack:
由系统自动分配。 例如，声明在函数中一个局部变量 int b;系统自动在栈中为b开辟空间
heap:
需要程序员自己申请，并指明大小，在c中malloc函数
如p1 = (char *)malloc(10);
在C++中用new运算符
如p2 = new char[10];
但是注意p1、p2本身是在栈中的。
2.2
申请后系统的响应
栈：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢
出。
堆：首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序的申请时，
会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表
中删除，并将该结点的空间分配给程序，另外，对于大多数系统，会在这块内存空间中的
首地址处记录本次分配的大小，这样，代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。
另外，由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部
分重新放入空闲链表中。
2.3申请大小的限制
栈：在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意
思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在WINDOWS下，栈的大小是2M（也有
的说是1M，总之是一个编译时就确定的常数），如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将
提示overflow。因此，能从栈获得的空间较小。
堆：堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储
的空闲内存地址的，自然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小
受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。
2.4申请效率的比较：
栈由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。
堆是由new分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便.
另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配内存，他不是在堆，也不是在栈是
直接在进程的地址空间中保留一块内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，也最灵活。
2.5堆和栈中的存储内容
栈： 在函数调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（函数调用语句的下一条可
执行语句）的地址，然后是函数的各个参数，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈
的，然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。
当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地
址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。
堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容由程序员安排。
2.6存取效率的比较
char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";
aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的；
而bbbbbbbbbbb是在编译时就确定的；
但是，在以后的存取中，在栈上的数组比指针所指向的字符串(例如堆)快。
比如：
#include
void main()
{
char a = 1;
char c[] = "1234567890";
char *p ="1234567890";
a = c[1];
a = p[1];
return;
}
对应的汇编代码
10: a = c[1];
00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr [ebp-0Fh]
0040106A 88 4D FC mov byte ptr [ebp-4],cl
11: a = p[1];
0040106D 8B 55 EC mov edx,dword ptr [ebp-14h]
00401070 8A 42 01 mov al,byte ptr [edx+1]
00401073 88 45 FC mov byte ptr [ebp-4],al
第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器cl中，而第二种则要先把指针值读到
edx中，再根据edx读取字符，显然慢了。
2.7小结：
堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出：
使用栈就象我们去饭馆里吃饭，只管点菜（发出申请）、付钱、和吃（使用），吃饱了就
走，不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作，他的好处是快捷，但是自
由度小。
使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴，比较麻烦，但是比较符合自己的口味，而且自由
度大。 (经典！)
************************************************************************
正式开始。。。。。
/*下面程序存在一处错误，请检查*/
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <time.h>
/*将源文件的timestamp转换为表示当地格式日期的字符串*/
char *localized_time(char *filename)
{
struct tm *tm_ptr;
struct stat stat_block;
char buffer[120];
/*获得文件的timestamp,格式为time_t*/
stat(filename,&stat_block);
/*把UNIX的time_t转换为tm结构，里面保存当地时间*/
tm_ptr=localtime(&stat_block.st_atime);
/*把tm结构转换成以当地日期格式表示的字符串*/
strftime(buffer,sizeof(buffer),"%a %b %e %T %Y",tm_ptr);
return buffer;/*问题存在此处，buffer是个函数的局部变量*/
}
main()
{
FILE *fp;
if((fp=fopen("examplea.txt","w+"))==NULL)
{
printf("create error!/n");
}
else
{
printf("create success!/n");
}
printf("fd:%s/n",localized_time("example.txt"));
}
解决这个问题的几种方案
第一、返回一个指向字符串常量的指针
char *func(){return "Only works for simple strings";}
这是最简单的解决方案，但如果你需要计算字符串的内容，它就无能为力了，本例就是如此。如果字符串常量存储于只读内存区但以后需要改写它时，你也会有麻烦。
第二、使用全局声明的数组。
char *fun()
{
my_global_array[i]=....
return my_global_array;
}
这适用于自己创建字符串的情况，也很简单易用。它的缺点在于任何人都有可能在任何时候修改这个全局数组，而且该函数的下一次调用也会覆盖数组的内容。
第三、使用静态数组
char *func()
{
static char buffer[20];
...
return buffer;
}
这就防止任何人修改这个数组。只有拥有指向该数组的指针的函数（通过参数传递给它）才能修改这个静态数组。但是，该数组的下一次调用将覆盖这个数组的内容，所以调用者必须在此之前使用或备份数组的内容。和全局数组一样，大型缓冲区如果闲置不用是非常浪费内存空间的。
第四、显式分配一些内存，保存返回的值。
char *func()
{
char *s=malloc(120);
....
return s;
}
这个方法具有静态数组的优点，而且在每次用时都创建一个新缓冲区，所以该函数以后的调用不会覆盖以前的返回值。它适用于多线程的代码（在某一时刻具有超过一个的活动线程的程序）。它的缺点在于程序员必须承担内存管理的。根据程序的复杂程度，这项任务可能很容易，也可能很复杂。如果内存尚在使用就释放或者出现“内存泄漏”（不再使用的内存未回收），就会产生令人难以置信的Bug。
第五、也许最好的解决方案就是要求调用者分配内存来保存函数的返回值。为了提高安全性，调用者应该同时指定缓冲区的大小（就像标准库中fgets所要求的那样）。
void func(char *result,int size)
{
...
strncpy(result,"that'd be in the data segment,Bob",size);
}
buffer=malloc(size);
func(buffer,size);
free(buffer);
如果程序员可以在同一代码同时进行malloc和free操作，内存管理是最为轻松的。
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <time.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
/*将源文件的timestamp转换为表示当地格式日期的字符串*/
void localized_time(char *filename,char *result,int size)
{
struct tm *tm_ptr;
struct stat stat_block;
/*获得文件的timestamp,格式为time_t*/
stat(filename,&stat_block);
/*把UNIX的time_t转换为tm结构，里面保存当地时间*/
tm_ptr=localtime(&stat_block.st_mtime);
/*把tm结构转换成以当地日期格式表示的字符串*/
strncpy(result,asctime(tm_ptr),size);
}
main()
{
FILE *fp;
char *buffer;
int sizebuffer=120;
if((fp=fopen("examplea.txt","r"))==NULL)
{
printf("create error!/n");
}
else
{
printf("create success!/n");
}
buffer=(char*)malloc(sizebuffer);
localized_time("examplea.txt",buffer,sizebuffer);
printf("%s",buffer);
free(buffer);
}
转自 http://blog.csdn.net/heimaofj/article/details/5809687
《 堆和栈的区别》
一、预备知识—程序的内存分配
一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分
1、栈区（stack）— 由编译器自动分配释放 ，存放函数的参数值，局部变量的值等。其
操作方式类似于数据结构中的栈。
2、堆区（heap） — 一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回
收 。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表，呵呵。
3、全局区（静态区）（static）—，全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的
全局变量和静态变量在一块区域， 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另
一块区域。 - 程序结束后由系统释放。
4、文字常量区 —常量字符串就是放在这里的。 程序结束后由系统释放
5、程序代码区—存放函数体的二进制代码。
二、例子程序
这是一个前辈写的，非常详细
//main.cpp
int a = 0; 全局初始化区
char *p1; 全局未初始化区
main()
{
int b; 栈
char s[] = "abc"; 栈
char *p2; 栈
char *p3 = "123456"; 123456/0在常量区，p3在栈上。
static int c =0； 全局（静态）初始化区
p1 = (char *)malloc(10);
p2 = (char *)malloc(20);
分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
strcpy(p1, "123456"); 123456/0放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"
优化成一个地方。
}
二、堆和栈的理论知识
2.1申请方式
stack:
由系统自动分配。 例如，声明在函数中一个局部变量 int b;系统自动在栈中为b开辟空间
heap:
需要程序员自己申请，并指明大小，在c中malloc函数
如p1 = (char *)malloc(10);
在C++中用new运算符
如p2 = new char[10];
但是注意p1、p2本身是在栈中的。
2.2
申请后系统的响应
栈：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢
出。
堆：首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序的申请时，
会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表
中删除，并将该结点的空间分配给程序，另外，对于大多数系统，会在这块内存空间中的
首地址处记录本次分配的大小，这样，代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。
另外，由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部
分重新放入空闲链表中。
2.3申请大小的限制
栈：在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意
思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在WINDOWS下，栈的大小是2M（也有
的说是1M，总之是一个编译时就确定的常数），如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将
提示overflow。因此，能从栈获得的空间较小。
堆：堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储
的空闲内存地址的，自然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小
受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。
2.4申请效率的比较：
栈由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。
堆是由new分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便.
另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配内存，他不是在堆，也不是在栈是
直接在进程的地址空间中保留一块内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，也最灵活。
2.5堆和栈中的存储内容
栈： 在函数调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（函数调用语句的下一条可
执行语句）的地址，然后是函数的各个参数，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈
的，然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。
当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地
址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。
堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容由程序员安排。
2.6存取效率的比较
char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";
aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的；
而bbbbbbbbbbb是在编译时就确定的；
但是，在以后的存取中，在栈上的数组比指针所指向的字符串(例如堆)快。
比如：
#include
void main()
{
char a = 1;
char c[] = "1234567890";
char *p ="1234567890";
a = c[1];
a = p[1];
return;
}
对应的汇编代码
10: a = c[1];
00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr [ebp-0Fh]
0040106A 88 4D FC mov byte ptr [ebp-4],cl
11: a = p[1];
0040106D 8B 55 EC mov edx,dword ptr [ebp-14h]
00401070 8A 42 01 mov al,byte ptr [edx+1]
00401073 88 45 FC mov byte ptr [ebp-4],al
第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器cl中，而第二种则要先把指针值读到
edx中，再根据edx读取字符，显然慢了。
2.7小结：
堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出：
使用栈就象我们去饭馆里吃饭，只管点菜（发出申请）、付钱、和吃（使用），吃饱了就
走，不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作，他的好处是快捷，但是自
由度小。
使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴，比较麻烦，但是比较符合自己的口味，而且自由
度大。 (经典！)
************************************************************************
正式开始。。。。。
/*下面程序存在一处错误，请检查*/
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <time.h>
/*将源文件的timestamp转换为表示当地格式日期的字符串*/
char *localized_time(char *filename)
{
struct tm *tm_ptr;
struct stat stat_block;
char buffer[120];
/*获得文件的timestamp,格式为time_t*/
stat(filename,&stat_block);
/*把UNIX的time_t转换为tm结构，里面保存当地时间*/
tm_ptr=localtime(&stat_block.st_atime);
/*把tm结构转换成以当地日期格式表示的字符串*/
strftime(buffer,sizeof(buffer),"%a %b %e %T %Y",tm_ptr);
return buffer;/*问题存在此处，buffer是个函数的局部变量*/
}
main()
{
FILE *fp;
if((fp=fopen("examplea.txt","w+"))==NULL)
{
printf("create error!/n");
}
else
{
printf("create success!/n");
}
printf("fd:%s/n",localized_time("example.txt"));
}
解决这个问题的几种方案
第一、返回一个指向字符串常量的指针
char *func(){return "Only works for simple strings";}
这是最简单的解决方案，但如果你需要计算字符串的内容，它就无能为力了，本例就是如此。如果字符串常量存储于只读内存区但以后需要改写它时，你也会有麻烦。
第二、使用全局声明的数组。
char *fun()
{
my_global_array[i]=....
return my_global_array;
}
这适用于自己创建字符串的情况，也很简单易用。它的缺点在于任何人都有可能在任何时候修改这个全局数组，而且该函数的下一次调用也会覆盖数组的内容。
第三、使用静态数组
char *func()
{
static char buffer[20];
...
return buffer;
}
这就防止任何人修改这个数组。只有拥有指向该数组的指针的函数（通过参数传递给它）才能修改这个静态数组。但是，该数组的下一次调用将覆盖这个数组的内容，所以调用者必须在此之前使用或备份数组的内容。和全局数组一样，大型缓冲区如果闲置不用是非常浪费内存空间的。
第四、显式分配一些内存，保存返回的值。
char *func()
{
char *s=malloc(120);
....
return s;
}
这个方法具有静态数组的优点，而且在每次用时都创建一个新缓冲区，所以该函数以后的调用不会覆盖以前的返回值。它适用于多线程的代码（在某一时刻具有超过一个的活动线程的程序）。它的缺点在于程序员必须承担内存管理的。根据程序的复杂程度，这项任务可能很容易，也可能很复杂。如果内存尚在使用就释放或者出现“内存泄漏”（不再使用的内存未回收），就会产生令人难以置信的Bug。
第五、也许最好的解决方案就是要求调用者分配内存来保存函数的返回值。为了提高安全性，调用者应该同时指定缓冲区的大小（就像标准库中fgets所要求的那样）。
void func(char *result,int size)
{
...
strncpy(result,"that'd be in the data segment,Bob",size);
}
buffer=malloc(size);
func(buffer,size);
free(buffer);
如果程序员可以在同一代码同时进行malloc和free操作，内存管理是最为轻松的。
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <time.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
/*将源文件的timestamp转换为表示当地格式日期的字符串*/
void localized_time(char *filename,char *result,int size)
{
struct tm *tm_ptr;
struct stat stat_block;
/*获得文件的timestamp,格式为time_t*/
stat(filename,&stat_block);
/*把UNIX的time_t转换为tm结构，里面保存当地时间*/
tm_ptr=localtime(&stat_block.st_mtime);
/*把tm结构转换成以当地日期格式表示的字符串*/
strncpy(result,asctime(tm_ptr),size);
}
main()
{
FILE *fp;
char *buffer;
int sizebuffer=120;
if((fp=fopen("examplea.txt","r"))==NULL)
{
printf("create error!/n");
}
else
{
printf("create success!/n");
}
buffer=(char*)malloc(sizebuffer);
localized_time("examplea.txt",buffer,sizebuffer);
printf("%s",buffer);
free(buffer);
}
转自 http://blog.csdn.net/heimaofj/article/details/5809687
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