C言語のポインタとスタック

Question

いつもお世話になってます。
C言語のポインタとスタックについて質問です。
現在、C言語でのメモリ領域の使われ方について勉強していたのですが、ポインタとスタックの関係についてわからないところがあります。

疑問なのは「ポインタ変数を関数の戻り値としてリターンするとそのポインタ変数のアドレスは関数が終了してスタックフレームがポップされると無効になったり、他の関数の呼び出しでプッシュされたスタックフレームで上書きされてしまうのでないか」です。

自分がよく見るのは以下のように構造体にmallocでメモリを割り当てている関数です。

struct 構造体 *func(void)
{
  struct 構造体 *構造体ポインタ = malloc(100);
       /* 他の処理... */
  return 構造体ポインタ;
}

自分の理解ではこのような関数は正しく動作しないのですが、実際に実行して見ると何事もなく動いたりしますし、このような書き方をよく見かけます。きっと自分の理解が間違っているといいうことなのでしょうか。自分でも調べたりしていのですが、なぜ問題がないのかよくわからずにいます。

よろしくお願いします。

Answer 1

呼びやすい様に構造体名を Foo、その変数名を foo という名前にしました。

struct Foo *func(void)
{
  struct Foo *foo = malloc(100);
       /* 他の処理... */
  return foo;
}

foo という変数はスタック上に積まれます。これはあくまでポインタという値を確保するためだけの領域です。そのポインタが指している値は malloc という関数でヒープとしてメモリ確保されたメモリブロックの先頭アドレスです。ですので関数を抜けて消えるのは変数 foo の領域(ポインタという値を確保するためだけの領域)であり、malloc で確保された領域ではありません。

例えば以下はスタック上に Foo が確保されているので関数を抜けると消えてしまい、結果呼び出し元から参照するとクラッシュします。

struct Foo *func(void)
{
  struct Foo boo;
  struct Foo *foo = &boo;
       /* 他の処理... */
  return foo;
}

Comments

[退会済みユーザー]

> そのポインタが指している値は malloc という関数でヒープとしてメモリ確保されたメモリブロックの先頭アドレスです

では、関数から返されるのはヒープ領域で確保されたメモリブロックの先頭アドレスということですね。理解できました！
回答ありがとうございました。

Answer 2

malloc関数は、スタックでなくヒープという独立したメモリ領域の中から指定バイト数の領域を確保し、その先頭アドレスを返します。ヒープ内のデータは、関数が終了してもそのまま残ります（なので、ちゃんと管理しないとメモリリークという、使用メモリがひたすら増えていくバグになります）。

Comments

[退会済みユーザー]

> ヒープという独立したメモリ領域
> ヒープ内のデータは関数が終了してもそのまま残る
どうやら自分がスタックとヒープの解釈を間違えていたことに気づきました！
回答ありがとうございました

Answer 3

前の回答者さんが言う通り，mallocはスタックではなくヒープを使っているので，スタックフレームとは（ほぼ）無関係．

で，補足すると，

ポインタ変数を関数の戻り値としてリターンするとそのポインタ変数のアドレスは関数が終了してスタックフレームがポップされると無効になったり、他の関数の呼び出しでプッシュされたスタックフレームで上書きされてしまうのでないか

これが起こるのは，関数内で宣言した自動変数（こっちは通常スタック上に確保される）のアドレスを返す場合．コードで示すと以下の通り．

struct 構造体 *func(void)
{
  struct 構造体 variable = 構造体の初期化;  // 自動変数として構造体変数を宣言
       /* 他の処理... */
  return &variable;  // 自動変数のアドレスを返す
}

struct 構造体 構造体ポインタ = func();
// これ以降，「構造体ポインタ」はすでにどうなっているかわからない元スタック領域を指している

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[退会済みユーザー]

回答ありがとうございます
> スタックフレームとは（ほぼ）無関係
どうやらスタックフレーム、ヒープ、スタックをぐちゃぐちゃに混同していました。