3. 空指针与野指针

任务目标

本案例通过三个最小可运行示例，分别演示空指针的合法判断与非法解引用、野指针的产生原因，以及如何通过“先置空再释放”和“出作用域置空”两种手段避免野指针。最终给出一个可执行的验证路径，帮助你在本地观察两类指针错误的典型表现。

核心代码

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

/* 示例1：空指针的合法判断与非法解引用 */
void null_pointer_demo(void) {
    int *p = NULL;

    /* 合法用法：解引用前判空 */
    if (p != NULL) {
        *p = 10;
    } else {
        printf("[空指针] p 为 NULL，跳过解引用，安全\n");
    }

    /* 非法用法：直接解引用空指针（运行时会崩溃） */
    /* 取消下面注释可观察段错误 */
    /* *p = 10; */
}

/* 示例2：野指针的产生——指向已释放的内存 */
void wild_pointer_demo(void) {
    int *p = (int *)malloc(sizeof(int));
    *p = 42;
    printf("[野指针] 释放前 *p = %d\n", *p);

    free(p);
    /* 此时 p 是野指针：仍保存已释放内存的地址 */
    /* 取消下面注释可观察到不确定行为（可能打印垃圾值或崩溃） */
    /* printf("释放后 *p = %d\n", *p); */
}

/* 示例3：避免野指针——释放后立即置空 */
void safe_free_demo(void) {
    int *p = (int *)malloc(sizeof(int));
    *p = 7;
    printf("[避免野指针] 释放前 *p = %d\n", *p);

    free(p);
    p = NULL;  /* 关键：释放后立即置空 */

    if (p == NULL) {
        printf("[避免野指针] p 已置空，后续判空可拦截非法访问\n");
    }
}

int main(void) {
    null_pointer_demo();
    wild_pointer_demo();
    safe_free_demo();
    return 0;
}

编译与运行

gcc -o pointer_demo pointer_demo.c -Wall
./pointer_demo

验证方法与判定标准

• 正常路径：运行程序应看到三行输出，依次为“空指针跳过解引用”“释放前 *p = 42”“避免野指针置空”。程序正常退出，无崩溃。
• 空指针崩溃验证：取消示例1中/* *p = 10; */的注释，重新编译运行，程序应因段错误（Segmentation Fault）退出——这证明空指针解引用是非法操作。
• 野指针风险验证：取消示例2中printf("释放后 *p = %d\n", *p);的注释，重新编译运行，程序可能打印垃圾值、崩溃或表现正常——这种不确定行为正是野指针的危害特征。
• 避免野指针验证：示例3中free(p)后立即执行p = NULL，后续通过if (p == NULL)判空即可安全拦截，不会访问非法内存。

关键要点

• 空指针（NULL）是“不指向任何对象”的合法状态，解引用前判空是标准防御写法。
• 野指针是“指向已释放或无效内存”的指针，其值本身无法预判，解引用结果未定义。
• 避免野指针的两条铁律：free后立即置NULL；指针离开作用域前确保不再被引用。