解決函數中返回局部指針變量的問題,加深理解《堆和棧》問題

先分享網上的一遍文章,以幫助大家理解:

《 堆和棧的區別》
 一、預備知識—程序的內存分配 
  一個由C/C++編譯的程序佔用的內存分爲以下幾個部分 
  1、棧區(stack)—   由編譯器自動分配釋放   ,存放函數的參數值,局部變量的值等。其 
  操作方式類似於數據結構中的棧。 
  2、堆區(heap)   —   一般由程序員分配釋放,   若程序員不釋放,程序結束時可能由OS回 
  收   。注意它與數據結構中的堆是兩回事,分配方式倒是類似於鏈表,呵呵。 
  3、全局區(靜態區)(static)—,全局變量和靜態變量的存儲是放在一塊的,初始化的 
  全局變量和靜態變量在一塊區域,   未初始化的全局變量和未初始化的靜態變量在相鄰的另 
  一塊區域。   -   程序結束後由系統釋放。 
  4、文字常量區   —常量字符串就是放在這裏的。   程序結束後由系統釋放 
  5、程序代碼區—存放函數體的二進制代碼。 
  
  二、例子程序   
  這是一個前輩寫的,非常詳細   
  //main.cpp   
  int   a   =   0;   全局初始化區   
  char   *p1;   全局未初始化區   
  main()   
  {   
  int   b;   棧   
  char   s[]   =   "abc";   棧   
  char   *p2;   棧   
  char   *p3   =   "123456";   123456/0在常量區,p3在棧上。   
  static   int   c   =0;   全局(靜態)初始化區   
  p1   =   (char   *)malloc(10);   
  p2   =   (char   *)malloc(20);   
  分配得來得10和20字節的區域就在堆區。   
  strcpy(p1,   "123456");   123456/0放在常量區,編譯器可能會將它與p3所指向的"123456" 
  優化成一個地方。   
  }   
   
  二、堆和棧的理論知識   
  2.1申請方式   
  stack:   
  由系統自動分配。   例如,聲明在函數中一個局部變量 int b;系統自動在棧中爲b開闢空間   
  heap:   
  需要程序員自己申請,並指明大小,在c中malloc函數   
  如p1   =   (char   *)malloc(10);   
  在C++中用new運算符   
  如p2   =   new   char[10];   
  但是注意p1、p2本身是在棧中的。   
  
  2.2   
  申請後系統的響應   
  棧:只要棧的剩餘空間大於所申請空間,系統將爲程序提供內存,否則將報異常提示棧溢 
  出。   
  堆:首先應該知道操作系統有一個記錄空閒內存地址的鏈表,當系統收到程序的申請時, 
  會遍歷該鏈表,尋找第一個空間大於所申請空間的堆結點,然後將該結點從空閒結點鏈表 
  中刪除,並將該結點的空間分配給程序,另外,對於大多數系統,會在這塊內存空間中的 
  首地址處記錄本次分配的大小,這樣,代碼中的delete語句才能正確的釋放本內存空間。 
  另外,由於找到的堆結點的大小不一定正好等於申請的大小,系統會自動的將多餘的那部 
  分重新放入空閒鏈表中。   
  
  2.3申請大小的限制   
  棧:在Windows下,棧是向低地址擴展的數據結構,是一塊連續的內存的區域。這句話的意 
  思是棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規定好的,在WINDOWS下,棧的大小是2M(也有 
  的說是1M,總之是一個編譯時就確定的常數),如果申請的空間超過棧的剩餘空間時,將 
  提示overflow。因此,能從棧獲得的空間較小。   
  堆:堆是向高地址擴展的數據結構,是不連續的內存區域。這是由於系統是用鏈表來存儲 
  的空閒內存地址的,自然是不連續的,而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小 
  受限於計算機系統中有效的虛擬內存。由此可見,堆獲得的空間比較靈活,也比較大。   
    
  2.4申請效率的比較:   
  棧由系統自動分配,速度較快。但程序員是無法控制的。   
  堆是由new分配的內存,一般速度比較慢,而且容易產生內存碎片,不過用起來最方便.   
  另外,在WINDOWS下,最好的方式是用VirtualAlloc分配內存,他不是在堆,也不是在棧是 
  直接在進程的地址空間中保留一塊內存,雖然用起來最不方便。但是速度快,也最靈活。 
    
  2.5堆和棧中的存儲內容   
  棧:   在函數調用時,第一個進棧的是主函數中後的下一條指令(函數調用語句的下一條可 
  執行語句)的地址,然後是函數的各個參數,在大多數的C編譯器中,參數是由右往左入棧 
  的,然後是函數中的局部變量。注意靜態變量是不入棧的。   
  當本次函數調用結束後,局部變量先出棧,然後是參數,最後棧頂指針指向最開始存的地 
  址,也就是主函數中的下一條指令,程序由該點繼續運行。   
  堆:一般是在堆的頭部用一個字節存放堆的大小。堆中的具體內容由程序員安排。   
  
  2.6存取效率的比較   
  
  char   s1[]   =   "aaaaaaaaaaaaaaa";   
  char   *s2   =   "bbbbbbbbbbbbbbbbb";   
  aaaaaaaaaaa是在運行時刻賦值的;   
  而bbbbbbbbbbb是在編譯時就確定的;   
  但是,在以後的存取中,在棧上的數組比指針所指向的字符串(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;   
  }   
  對應的彙編代碼   
  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   
  第一種在讀取時直接就把字符串中的元素讀到寄存器cl中,而第二種則要先把指針值讀到 
  edx中,再根據edx讀取字符,顯然慢了。   
  
  
  2.7小結:   
  堆和棧的區別可以用如下的比喻來看出:   
  使用棧就象我們去飯館裏吃飯,只管點菜(發出申請)、付錢、和吃(使用),吃飽了就 
  走,不必理會切菜、洗菜等準備工作和洗碗、刷鍋等掃尾工作,他的好處是快捷,但是自 
  由度小。   
  使用堆就象是自己動手做喜歡吃的菜餚,比較麻煩,但是比較符合自己的口味,而且自由 
  度大。 (經典!)

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正式開始。。。。。

/*下面程序存在一處錯誤,請檢查*/
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <time.h>
/*將源文件的timestamp轉換爲表示當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];
 /*獲得文件的timestamp,格式爲time_t*/
 stat(filename,&stat_block);
 /*把UNIX的time_t轉換爲tm結構,裏面保存當地時間*/
 tm_ptr=localtime(&stat_block.st_atime);
 /*把tm結構轉換成以當地日期格式表示的字符串*/
 strftime(buffer,sizeof(buffer),"%a %b %e %T %Y",tm_ptr);

return buffer;/*問題存在此處,buffer是個函數的局部變量*/
}
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"));

}  

解決這個問題的幾種方案
第一、返回一個指向字符串常量的指針
char *func(){return "Only works for simple strings";}
這是最簡單的解決方案,但如果你需要計算字符串的內容,它就無能爲力了,本例就是如此。如果字符串常量存儲於只讀內存區但以後需要改寫它時,你也會有麻煩。
第二、使用全局聲明的數組。
char *fun()
{
my_global_array[i]=....
return my_global_array;
}
這適用於自己創建字符串的情況,也很簡單易用。它的缺點在於任何人都有可能在任何時候修改這個全局數組,而且該函數的下一次調用也會覆蓋數組的內容。
第三、使用靜態數組
char *func()
{
 static char buffer[20];
 ...
 return buffer;
}
這就防止任何人修改這個數組。只有擁有指向該數組的指針的函數(通過參數傳遞給它)才能修改這個靜態數組。但是,該數組的下一次調用將覆蓋這個數組的內容,所以調用者必須在此之前使用或備份數組的內容。和全局數組一樣,大型緩衝區如果閒置不用是非常浪費內存空間的。
第四、顯式分配一些內存,保存返回的值。
char *func()
{
 char *s=malloc(120);
 ....
 return s;
}
這個方法具有靜態數組的優點,而且在每次用時都創建一個新緩衝區,所以該函數以後的調用不會覆蓋以前的返回值。它適用於多線程的代碼(在某一時刻具有超過一個的活動線程的程序)。它的缺點在於程序員必須承擔內存管理的。根據程序的複雜程度,這項任務可能很容易,也可能很複雜。如果內存尚在使用就釋放或者出現“內存泄漏”(不再使用的內存未回收),就會產生令人難以置信的Bug。
第五、也許最好的解決方案就是要求調用者分配內存來保存函數的返回值。爲了提高安全性,調用者應該同時指定緩衝區的大小(就像標準庫中fgets所要求的那樣)。
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);
如果程序員可以在同一代碼同時進行malloc和free操作,內存管理是最爲輕鬆的。
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <time.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
/*將源文件的timestamp轉換爲表示當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;
 /*獲得文件的timestamp,格式爲time_t*/
 stat(filename,&stat_block);
 /*把UNIX的time_t轉換爲tm結構,裏面保存當地時間*/
 tm_ptr=localtime(&stat_block.st_mtime);
 /*把tm結構轉換成以當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);
}


轉自 http://blog.csdn.net/heimaofj/article/details/5809687 


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