指針與數組使用的區別（C語言）

一 函數不可返回指向棧內存的指針

預備知識：內存的分類

C/C++程序佔用的內存分爲兩大類：靜態存儲區與動態存儲區。其示意圖如下所示：

數據保存在靜態存儲區與動態存儲區的區別就是：靜態存儲區在編譯-鏈接階段已經確定了，程序運行過程中不會變化，只有當程序退出的時候，靜態存儲區的內存纔會被系統回收。動態存儲區是在程序運行過程中動態分配的。

在其它地方我們還可以看到內存分配還有其他分類，那些都是細分的分類，比如文字常量區、全局數據區等，都歸爲靜態存儲區這一個大類。

例子：return返回指向棧內存指針

先看一個return返回指向棧內存指針的例子：

#include <stdio.h>
char *GetStr(void)
{
    char ptr[] = "Hello"; /* 保存在棧中 */
    return ptr;
}

int main(void) 
{
    char *str = NULL;
    str = GetStr();
    printf("%s\n", str);
    return 0;
}

程序編譯、運行的結果如下：

可以看到，編譯出現警告：

warning: function returns address of local variable

運行結果並不是我們期望的輸出字符串Hello。

那是因爲GetStr函數返回指向棧內存的指針，這裏的變量ptr是局部變量，而局部變量是分配在棧上的。即Hello保存在棧內存上，棧內存在函數調用結束時會自動銷燬，因此此時的ptr裏的內容是未知的，所以結果無輸出。

下面我們把GetStr函數修改爲：

char *GetStr(void)
{
    char *ptr = "Hello";  /* ptr在棧上，Hello在靜態區（常量區） */
    return ptr;
}

此時編譯運行的結果是怎樣的呢？結果爲：

可以看到能正常輸出。爲什麼這裏又可以正常輸出呢？因爲這裏的ptr雖然分配在棧上，但是此時的Hello是一個字符串常量，其存儲在靜態存儲區。在調用GetStr函數結束時其也不會被銷燬。

這裏可能有些人會有疑惑，同樣是Hello，爲什麼一個在棧上，一個在靜態區。

char *ptr = “Hello”;
此處首先定義了一個指針變量ptr，編譯器就會爲指針變量開闢了棧空間。而此時並沒有空間來存放Hello，所以Hello只能存儲在靜態區。

char ptr[] = “Hello”;
此處首先定義一個數組ptr，因爲未給出數組大小，所以此時數組大小未確定。然後把Hello保存在這個數組裏，編譯器就會爲數組ptr開閉足夠的棧空間來存儲Hello。

其它替代方法

從上面的例子我們知道，若函數返回指向棧內存的指針，所得到的結果並不是我們想要的。除了上面的方法之外，這裏還有如下幾種解決方法：

1、把ptr定義爲全局變量，因爲全局變量存儲在靜態存儲區，程序結束纔會釋放。但是這樣會導致函數是不可重入的。關於函數的重入與不可重入可查看往期筆記：什麼是可重入函數？

2、在GetStr函數中使用malloc申請動態內存，但使用完一定要記得使用free進行釋放，否則會導致內存泄漏。示例代碼如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

char GetStr(void)
{
char ptr = (char)malloc(64sizeof(char));
strcpy(ptr, “Hello”);
return ptr;
}

int main(void)
{
char str = NULL;
str = GetStr();
printf("%s\n", str);
free(str); / 釋放str指向的堆內存 */
return 0;
}
3、可以將變量ptr聲明爲static靜態變量。但這也會導致函數是不可重入的。示例代碼如下：

char *GetStr(void)
{
static char ptr[] = “Hello”;
return ptr;
}

二 指針與數組區別

C語言中沒有特定的字符串類型，常用以下兩種方式定義字符串：一種是字符數組，另一種是指向字符串的指針。如下：

(1)char str[] = "happy";
(2)char *str = "happy";

這種方式有什麼不同呢？
下面看兩個例子：修改字符串中的字符
示例1：

#include <stdio.h>
int main(void)
{
 char str[20] = "hello";
 
 str[0] = 'H';
 printf("%s\n",str);
 
 return 0;
}

運行結果：

Hello

示例2：

#include <stdio.h>

int main(void)
{
 char *str = "hello";
 
 str[0] = 'H';
 printf("%s\n",str);
 
 return 0;
}

運行結果：

無打印信息輸出

可見，使用（1）方式定義的字符串其字符是可以修改的，使用（2）方式定義的字符串其字符是不可以修改的。（2）中可以成功編譯和鏈接，但運行時可能會出現錯誤，我編譯與運行的平臺是window10平臺，運行結果是無打印信息輸出，在其他不同的平臺運行可能會出現段錯誤（Segment Fault）或者寫入位置錯誤。

這兩種表示字符串的方式的主要區別是：字符串指針指向的內容是不可修改的，字符數組是可以修改的，即（2）方式定義的字符串保存在常量區，是不可更改的，（1）方式定義的字符串保存在全局數據區或棧區，是可修改的。

內存的分配方式：
內存分配可分爲三種：靜態存儲區、棧區、堆區。
1、靜態存儲區：該內存在程序編譯的時候就已經分配好，這塊內存在程序的整個運行期間都存在，它主要存放靜態數據、全局數據和常量。
2、棧區：它的用途是完成函數的調用。在執行函數時，函數內局部變量及函數參數的存儲單元在棧上創建，函數調用結束時這些存儲單元自動被釋放。
3、堆區：程序在運行時使用庫函數爲變量申請內存，在變量使用結束後再調用庫函數釋放內存。動態內存的生存期是由我們決定的，如果我們不釋放內存，就會導致內存泄漏。