动态内存管理（第一次使用画图工具版）

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#c语言

于 2025-03-11 16:22:49 首次发布

C语言中，我们常常都是在栈区中开辟空间的，就比如我下面的代码

int main()
{
    int a = 0;
    int arr[10];
}

以上的两行代码，分别向栈区申请了4个字节和40个字节的空间，可是我们有没有想过，申请这么多空间，万一我们用不上了怎么办，那岂不是浪费了吗？对的，借着这个问题，我们来聊一聊动态内存，所以“动态”，就是内存空间是可依据程序员的想法可作变动的空间

我们先来将两个函数

malloc和free

malloc————————————————————————————————
这是c语言提供的一个用于动态内存开辟的函数：

void * malloc(size_t size),size单位是字节

如果开辟成功，则返回一个指向该空间起始位置的地址
如果开辟失败，则返回空指针NULL
返回值是void *，所以malloc开辟的空间没有指定的什么类型，后面需要将其转换成什么类型，进行强制类型转换即可
如果size的值为0，那此时malloc的行为是未定义的，取决于编译器

接下来，举个例子

int main()
{
    int * p = (int *)malloc(40);//malloc（）里面存放40，意味着我要从堆区中开辟一个40字节长的空间，因为malloc返回的是一个void *的指针，我们要对这块内存空间存放整型，所以我们要给他转换成int *的指针，然后利用指针挨个访问
    
    if(p==NULL)//malloc是有可能开辟失败的，所以要对其返回的指针进行判断，不为空指针才可以继续运行
    {
       perror("malloc");//打印开辟失败的原因
       return 1;
    }
    for(int i = 0;i<10;i++)
    {
       *(p+i) = i+1;//对malloc开辟的空间，利用整型指针进行逐个赋值
    }
    return 0；
}

在这里插入图片描述

上面就是malloc函数的简单运用了，还是比较简单的，但是值得一提的是，动态内存是在堆区里开辟的空间，其与我们之前学过的局部变量，函数形参有所不同，后者程序会自动回收这块空间，而前者的空间回收通常有以下两种方法：1.使用free函数释放2.程序结束自动释放

那么接下来，我们来讲一讲free函数
free————————————————————————————————
括号里面填指向该被需要释放的动态内存的起始地址（也就是指针）；

void free(void * ptr);

如果参数ptr指向的空间不是动态开辟的，则free函数的行为未定义
如果参数ptr是NULL指针，则函数什么是都不做

接下来，上代码

int main()
{
    int * str = (int *)malloc(40);向动态内存开辟40个字节的空间
    if（str==NULL）
    {
       perror("malloc");
       return 1;
    }
    free(str);//回收str指向的动态内存空间
    str = NULL;//这里的str需要置空，因为动态内存空间已经被回收了，但是str还是指向了那一块空间，相当于野指针，对其解引用就相当于非法访问内存了，所以要将其置空
    return 0；
}

这里讲一下，为什么动态内存需要及时回收，我这里给一个极端的代码,从下方的代码可以看出，程序进入主函数后，调用了test函数，进而向堆区开辟了40个字节的空间，然后进行了while，但是whlie循环不退出，一直循环，所以上述给的两个释放动态内存的方法都没有用到（free函数和程序结束时自动回收），所以程序一直霸占着这块空间，也没人去去释放它，假设很多程序员都这么做呢？就会把整块堆区里面可以供给开辟动态内存的空间耗干，进行使得电脑运行起来卡顿，影响性能，所以我们在开辟动态内存时要及时地释放内存

void test()
{
   int * p = (int *)malloc(40);
}
int main()
{
   test();
   while(1)
   {
      ;
   }
   return 0；
}

calloc 和 realloc

calloc—————————————————————————

C语言还提供了一个函数叫calloc，calloc也可以用来动态内存分配。原型如下：

void * calloc (size_t num, size_t size);

函数的功能是为num个大小为size的元素开辟一块空间，并且把空间的每个字节都初始化为0。
与函数malloc的区别只在于calloc会在返回地址之前把申请的空间的每个字节初始化为0；

举个例子：

int main()
{
    int * p = calloc(10,sizeof(int));
    if(p==NULL)
    {
        return 1;
    }
    int i = 0;
    for(i = 0;i<10;i++)
    {
       printf("%d ",*(p+i));
    }
    return 0;

本次运行的结果为：0 0 0 0 0 0 0 0 0 0，可见calloc把开辟的内存空间的每个字节都初始化了为0；
即
在这里插入图片描述

realloc————————————————————————

realloc的出现让动态内存管理更加灵活
有时候我们会发现我们向堆区申请的动态内存太小了，那realloc函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整。

void * realloc(void * ptr,size_t size)
ptr指向的是要被调整的动态内存的起始地址指针，size指的是重新被开辟的内存大小

我们通过几个图来了解一下realloc函数的使用逻辑（方法）。
扩展内存一般会遇到三种情况：

int main()
{
   int * p = (int *)malloc(sizeof(int));//向堆区开辟了4个字节的空间
   if(p==NULL)
   {
       return 1;
   }
   *p = 1;
   int * ptr = (int *)realloc(p,sizeof(int) + 5*sizeof(int));//在四个字节空间的基础上，又开辟了20个字节
   if(ptr==NULL)
   {
      return 1;
   }
   p = ptr;//将ptr赋给p
   ptr = NULL;/及时将ptr置为空指针
   free(p);//释放p指向的动态内存，也就是原先的加上后来增添的内存
   p = NULL;
   return 0;
   
}