C言語のダブルポインターの使い方がわからない

Question

現在C言語のポインタに関して勉強しているのですが、下記のコードを実行したところ、

ダブルポインターを関数の引数にしたコードは、freeしたあとに、NULL埋めを行うと、関数を抜けたあとも、きちんと(null)という実行結果を得られたのですが、ポインターを関数の引数にしたコードでは、関数を抜けても1234567890が残ったままになっていました。

配列を関数の引数に取るとポインタの先頭のアドレスを渡すので、NULL埋めを行っても同じ結果になるのではないかなと思っていました。

そこで質問なのですが、

1. なぜその様になるのかの理由を教えてもらいたいです。
2. なぜfreeはうまくいってNULL埋めがうまく行かないのか？

上記の２点お答えいただきたいです。
よろしくおねがいします。

実行環境は、

clang version 11.0.0

Target: x86_64-apple-darwin20.1.0
Thread model: posix
InstalledDir: /usr/local/Cellar/llvm/11.0.0/bin

llvmを使ってメモリリークチェックを行いました。
Mac OS

main.c

void freedblptr(char **dptr){
	printf("&dptr = %p\n", *dptr);
	free(*dptr);
	*dptr = NULL;
	printf("&dptr = %p\n", *dptr);
}

int main()
{
	char *test = (char *)malloc(sizeof(char) * (10 + 1));
	char *tmp = "1234567890";
	int i = 0;
	while(i<10){
		test[i] = tmp[i];
		i++;
	}
        test[i] = '\0';
	printf("test = %s\n", test);
	printf("test &ptr= %p\n", test);

	freedblptr(&test);

	printf("test = %s\n", test);
	printf("test &ptr= %p\n", test);

	return 0;
}

$ clang -g -fsanitie=leak main.c
$ ./a.out
test = 1234567890
test &ptr= 0x7fac88405d40
&dptr = 0x7fac88405d40
&dptr = 0x0
test = (null)
test &ptr= 0x0

main2.c

void freeptr(char *ptr)
{
	printf("&ptr  = %p\n", ptr);
	free(ptr);
	ptr=NULL;
	printf("&ptr  = %p\n", ptr);
}

int main()
{
	char *test = (char *)malloc(sizeof(char) * (10 + 1));
	char *tmp = "1234567890";
	int i = 0;
	while(i<10){
		test[i] = tmp[i];
		i++;
	}
        test[i] = '\0';
	printf("test = %s\n", test);
	printf("test &ptr= %p\n", test);

	freeptr(test);

	printf("test = %s\n", test);
	printf("test &ptr= %p\n", test);

	return 0;
}

$ clang -g -fsanitie=leak main2.c
$ ./a.out
test = 1234567890
test &ptr= 0x7fccd4c05d40
&ptr  = 0x7fccd4c05d40
&ptr  = 0x0
test = 1234567890
test &ptr= 0x7fccd4c05d40

Answer 1

以下のコードで，関数Fにaを引数として渡しましたが，注釈に記したように，main内のaの値は変更されません．
引数の型がポインタでも同じことです．

void F( int a )
{ a=777; }  //値を変えた？

int main()
{
  int a = 5;
  F( a );  //aを渡す
  //ここでのaの値は5のまま
  ...
}

引数にポインタを渡す例：

void F( int *p )
{ *p=777; }  //ポインタ値pが指し示す場所の値を変えた

int main()
{
  int a = 5;
  F( &a );
  //ここでのaの値は777になった
  ...
}

int *は，int型の場所を指し示すから，「その指し示す場所の値を変える」というのは，指し示されているint型の値を変えることになる．

ダブルポインタでも話は一緒．
int **なら，int*型の場所を指し示すから，「その指し示す場所の値を変える」というのは，指し示されているint*型の値を変えることになる．

質問のコードでは，ダブルポインタを渡した側では（それが指し示す）ポインタの値を変えている．

Comments

[DAISUKE45]

```c
void freedblptr(char **dptr){
printf("&dptr = %p\n", *dptr); // 1番目
free(*dptr);
*dptr = NULL;
printf("&dptr = %p\n", *dptr);
}

void freeptr(char *ptr)
{
printf("&ptr = %p\n", ptr); // 2番目
free(ptr);
ptr=NULL;
printf("&ptr = %p\n", ptr);
}

```

一番目と二番目で指し示しているアドレスが同じなので、同じのをいじっているというわけではないのですか?

また、free()が両方でうまく行っている理由は何なのでしょうか？

[fana]

回答内の１つ目のコード例について，どうしてmain側のaの値が変化しないのか，わかりますか？

> ptr=NULL;

は，コード例の a=777; と同じことをしているわけですが．

[DAISUKE45]

いじっているアドレスが違うので、変化しないというのは実行して試したので理解しました。

free()はどうなっているのでしょうか？

Answer 2

関数を呼び出すとき、引数はコピーされて関数に渡ります。
ポインタでも一緒です。

さて、質問文の実行結果ではちゃんとしたアドレスが見えてますが、
分かりづらいのでここではmallocの返り値が0x1000で、
変数test自体のアドレス&testが0x2000だったとします。

質問者さんがやりたいことは0x1000をfreeして、0x2000をNULLにすることです。

アドレス	値	内容
0x1000	'1'	= testの格納する値
0x1001	'2'	= test[1]の...
...	...	...
0x2000	0x1000	= &testの...

さて、freedblptrではdptrに&test = 0x2000を渡してますので

void freedblptr(char **dptr){ //dptr = 0x2000
    free(*dptr); // *dptr=0x1000 をfreeする
    *dptr = NULL; // dptr=0x2000を参照してNULLに書き換える
                  // 結果として同じく0x2000を見ているtestが書き換わる
}

一方freeptrではptrにtest = 0x1000を渡してますので

void freeptr(char *ptr){ //ptr = 0x1000
    free(ptr); // ptr=0x1000 をfreeする
    ptr = NULL; // ptr=0x1000だったのをptr=NULLにするだけ、
                // 0x2000は触ってないので当然testも書き換わらない
}

Comments

[DAISUKE45]

丁寧に図解していただきありがとうございます！！！

変数自体のアドレスをいじってないということを理解できてなかったみたいです。
完全に考え方を誤解していました。
free(ptr)のあとにptr=NULLとしたい場合は、ダブルポインターで取らないといけないんですね。
freeptrの内部でやっていたのは、仮引数で取られたptrをいじっていたので、test=NULLになってないということですね。

free()ではなぜうまくいっているのかも理解できました。
ありがとうございました。