C言語 segmentation fault

Question

C言語の行列の計算です．
NNの正方行列とN1のベクトルの掛け算で動的確保の勉強です．
Nをとりあえずdefineで定義しているのですが，N=2,4,5あたりは問題なく作動するのですが，N=3,8,9あたりは必ずsegmentation faultと出てしまいます．（このエラーについてはよくわかっていません）
以下がコードです．行列の動的確保のコードは授業で配布された物を使用しており，まだしっかりとは解釈できていませんがとりあえず見よう見まねで使いました．

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define N 3

double **dmatrix(int, int);  /* 行列領域の確保 */
double *dvector(int ); /* ベクトル領域の確保 */ 

int main(void) {
  double **mat_A;  /* ポインタへのポインタ */
  double *vec_x, *vec_b;
  
  printf("N=%d\n",N);
  
  mat_A = dmatrix(N, N);   /* 領域確保 */
  vec_x = dvector(N);
  vec_b = dvector(N);
  
  for(int s=0;s<N;s++){
    for(int t=0;t<N;t++){
        mat_A[s][t] = (double)(s+t);
        vec_x[s] = (double)s;
        vec_b[s] = (double)0;
        printf("mat_A[%d][%d]=%lf, vec_x[%d]=%lf, vec_b[%d]=%lf\n",s,t,mat_A[s][t],s,vec_x[s],s,vec_b[s]);
    }
}
  

  for(int i=0;i<N;i++){
    for(int j=0;j<N;j++){
        vec_b[i] += mat_A[i][j]*vec_x[j];
    }
}
    for(int k=0;k<N;k++){
    printf("\n b[%d]=%lf \n",k,vec_b[k]);
    }
    printf("\n");
  
  free(mat_A);
  free(vec_x);
  free(vec_b);
  return 0;
}

double **dmatrix(int nr, int nc) {
  double **mat;
  mat = malloc(nr*sizeof(double *));
  if (mat == NULL) 
    puts("Failure!! (from (*dmatrix)[nr])");
  else {
    int i, j;
    double *base = malloc(nr*nc*sizeof(double));
    if (base == NULL)
      puts("Failure!! (from dmatrix[nr][nc])");
    else {
      for (i=0; i < nr; i++)
	mat[i] = base + i*nc;
    }
    free(base);
  }
  return(mat);
}

double *dvector(int n) 
{
  double *vec= malloc(n*sizeof(double));
  if (vec == NULL) {
    printf("Failure!! (from dvector) \n");
    exit(1);
  }  
  return(vec);
}

Answer 1

バグの原因はすでに指摘されている箇所のfreeの呼び出しのせいです。

リファクタリングしてみました。少しは見やすいはず。

なお多くの指導教官はろくにC言語の標準規格なんて読んでませんし、安全に配慮したコードなんて書いたことがないので、教えられないのは致し方ありません。
挙句C言語の知識がC89(1989年に標準化、今から28年前!!!)で止まっていたりもっとひどいとその更に前、規格標準化前のK&R Cのころ(だいぶ文法が違う)だったり。

C言語の標準規格は、ANSI C89/ISO C90, (ISO C95), ISO C99, ISO C11となっており、もうすぐISO C17が出そうです。
C17 (not C++17) - Qiita
History of C - cppreference.com

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

#define N 3

/// 行列の確保
double** new_dmatrix(int nr, int nc)
{
  double** mat = malloc(nr * sizeof(double*));
  if (mat == NULL) {
    puts("Failure!! (from (*new_dmatrix)[nr])");
    exit(1);
  }
  double* base = malloc(nr * nc * sizeof(double));
  if (base == NULL) {
    puts("Failure!! (from new_dmatrix[nr][nc])");
    exit(1);
  }
  for (int i=0; i < nr; i++) {
    mat[i] = base + i*nc;
  }
  //DO NOT FREE THIS MEMORY BLOCK
  //TO AVOID segmentation fault!
  //free(base);
  return mat;
}

///行列の開放
void delete_dmatrix(double** mat)
{
  free(mat[0]);
  free(mat);
}

/// ベクトルの確保
double* new_dvector(int n)
{
  double *vec = malloc(n*sizeof(double));
  if (vec == NULL) {
    printf("Failure!! (from new_dvector) \n");
    exit(1);
  }
  return vec;
}

/// ベクトルの開放
void delete_dvector(double* vec)
{
  free(vec);
}

int main(void)
{
  printf("N=%d\n",N);

  double** mat_A = new_dmatrix(N, N);// 領域確保
  double* vec_x = new_dvector(N);
  double* vec_b = new_dvector(N);

  memset(vec_b, 0, N * sizeof(double));
  for(int s=0;s<N;s++){
    for(int t=0;t<N;t++){
      mat_A[s][t] = (double)(s+t);
      vec_x[s] = (double)s;
      printf("mat_A[%d][%d]=%lf, vec_x[%d]=%lf, vec_b[%d]=%lf\n" , s, t, mat_A[s][t] ,s, vec_x[s], s, vec_b[s]);
    }
  }

  for(int i = 0; i < N; i++){
    for(int j = 0; j < N; j++){
      vec_b[i] += mat_A[i][j] * vec_x[j];
    }
  }
  for(int k = 0; k < N; k++){
    printf("\n b[%d]=%lf \n", k, vec_b[k]);
  }
  putchar('\n');

  delete_dmatrix(mat_A);
  delete_dvector(vec_x);
  delete_dvector(vec_b);
  return 0;
}

https://wandbox.org/permlink/Iq9g2CPMfPGpgKy4

Comments

[north_redwings]

本当に丁寧にありがとうございました．
助かりました！
もっと勉強していきます！！！

Answer 2

サイズnrncの領域を取ってサイズncの配列nr個に分けてmatrixにしているので、mat_aの実態はbase内にあります。

なのに　baseをfreeしてしまっているので不安定な動作になっています。
あちこちに無駄な処理も含まれています。エラー処理も間違いがありますが、動作テストの範囲内ではメモリ割り当てに失敗することがないので顕在化はしてません。

とりあえず分かりやすさのためには、

 else {
    int i;
   for (i=0; i < nr; i++)
  　　  mat[i] =dvector(nc);
    }
  }

のほうが見通しが良くなるでしょう。

Comments

[north_redwings]

ありがとうございます！
教員から渡されたコードなのであまり考えずに使ってしまいました。要反省ですね…やり直してみます！

[yumetodo]

このfreeが原因ですね。その後のmain内のmat_A[s][t]が不正アクセスになる

[north_redwings]

今完全に出来上がりました、ありがとうございます！
教員でも間違えるんですね…確認してから配布してると思ったんですが…笑。

[a_saitoh]

プログラミングに限らず、教員の担当科目は必ずしも教員自身の理解度を確保して割り当てられてはいないので。

Answer 3

迅速な回答ありがとうございます。

僕も調べてみたんですがどうやらメモリ関連のエラーみたいですね…。
行列の動的確保の部分は解釈出来ていないのと教員から渡されたコードなので(それでもミスがあって自分で直したつもりなのですが)、さらに全ての値のときだけ…値が大きくなると…コンパイル時にランダムで…などではなく上記の通り特定の値のときだけこうなってしまうので尚更困っています…。

もし後に判明しましたら回答の程よろしくお願いします。

Answer 4

とりいそぎエラーメッセージの意味だけ。
segmentation fault
はLinux等において不正なメモリアクセスがあったときに発生します。たとえば、有効アドレスを示していないポインタを辿って変数書き込みした場合などがこの例です。

Comments

[north_redwings]

迅速な回答ありがとうございます。

僕も調べてみたんですがどうやらメモリ関連のエラーみたいですね…。
行列の動的確保の部分は解釈出来ていないのと教員から渡されたコードなので(それでもミスがあって自分で直したつもりなのですが)、さらに全ての値のときだけ…値が大きくなると…コンパイル時にランダムで…などではなく上記の通り特定の値のときだけこうなってしまうので尚更困っています…。

もし後に判明しましたら回答の程よろしくお願いします。