【C语言】动态内存

介绍

在C语言中，我们经常会遇到创建变量和数组来解决相应问题编译代码的情况，这时候我们创建的变量大小都是固定的，如果编译要求进行数据扩容，或创建变量过大造成栈空间浪费，且在栈区创建的变量也有大小限制，我如果我们想要一个可以自己进行扩容，针对相应数据创建相应空间的变量，就要用到我们的动态内存管理函数：malloc calloc和realloc

malloc

 cplusplus上的定义

动态内存函数需要调用头文件stdlib，malloc是在内存的动态存储区中分配一个长度为size的连续空间。此函数的返回值是分配区域的起始地址，也就是说，他是一个指针函数，所返回的指针指向该分配域的开头位置，是使用最多最普遍的动态内存创建函数

示例

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(20);
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}

从上面的代码可以看到，在创建了动态变量后，代码进行了一次判断，以用来确定该动态内存变量是否创建成功，这是因为可能会出现对NULL指针的解引用操作，所以malloc函数的返回值要判断，以确保变量的成功创建和安全性。在这里我们将malloc创建的20个字节的变量强制类型转化为int*类型，并用整型指针接收。

接下来是malloc的使用：

示例

	int i = 0;
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		p[i] = i + 1;
	}
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
	//int i = 0;
	//for (i = 0; i < 5; i++)
	//{
	//	*(p + 1) = i + 1;
	//}
	//for (i = 0; i < 5; i++)
	//{
	//	printf("%d ", *(p + 1));
	//}
	//释放
	free(p);
 	p = NULL;
	return 0;
}

在上面的示例中，可以看到我们创建的动态内存变量可以进行正常运用，他可以当成数组进行操作，而在使用完我们创建的变量后，需要手动进行销毁，为什么呢？因为动态内存变量是创建在堆区上的，而堆区中的数据虽然没有规定大小，但是不能自动释放，所以我们需要用到free函数对创建的动态内存进行释放，如果不进行释放，当程序关闭后，系统也会自行进行回收，但不推荐这样做，如果不释放，程序也不结束，会造成内存泄漏，因此，所申请的空间，如果不想使用，需要free函数。在内存进行释放后，我们看到原本用来接收malloc创建的内存的指针p现在变成了一个野指针，众所周知，野指针是非常危险的，所以，我们给p指针赋值一个NULL，让他变成一个空指针，确保安全性。

calloc

cplusplus上的定义

calloc与malloc相似，但是calloc在创建内存时，会将其初始化成0，也就是说：calloc和malloc参数不同，都是在堆区上申请内存空间，但是malloc不初始化，calloc会初始化为0，如果要初始化用calloc

示例

int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	//                  多少个元素为多少
	if (p == NULL)
	{
		printf("calloc:%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
	free(p);
	p = NULL;//防止野指针
	return 0;
}

calloc函数参数也与malloc有些小小的不同，calloc的参数决定了在使用他创建动态内存时，需要指定元素个数，即多少个元素为多少字节，剩下的判断和释放则与malloc相同。

realloc

cplusplus上的定义

realloc与前两个函数不同，他是调整动态内存空间的函数，而不是创建动态内存，当我们的动态内存创建的过大，就可以使用该函数来修改动态内存，值得注意的是，realloc会找更大的空间，而不是在原有空间延续，将原有的数据拷贝到新的空间，释放原有空间，然后返回新空间地址，且如果修改失败返回空指针。

示例

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(20);
	if (p == NULL)
	{
		printf("malloc:%s", strerror(errno));
		return 1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		p[i] = i + 1;
	}
	//p = realloc(p, 40);//最好不要用p接受，如果realloc调整失败返回空指针，会丢失原有数据
	//用临时指针接受
	int* ptr = (int*)realloc(p, 40);
	if (ptr != NULL)
	{
		p = ptr;
		for (i = 5; i < 10; i++)
		{
			p[i] = i + 1;
		}
		for (i = 0; i < 10; i++)
		{
			printf("%d ", p[i]);
		}
	}
	else
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

从示例中我们可以发现：realloc的返回值不能直接赋值到p中，这是因为如果realloc调整失败返回空指针，赋给p后会丢失原有数据，所以用临时指针接收。

常见错误

越界访问：

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(20);
	if (p == NULL)
	{
		return 1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		p[i] = i;
	}
	//越界访问不可取
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

对非动态开辟内存使用free函数

int main()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5 };
	int* p = arr;
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

使用free释放一块动态开辟内存的一部分

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	int i = 0;
	if (p == NULL)
	{
		return 1;
	}
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		*p = i + 1;
		p++;
	}
	//这里释放的是p++过后的地址，不是起始地址
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

对一块动态内存多次释放

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(20);
	if (p == NULL)
	{
		return 1;
	}
	free(p);
	p = NULL;//将其变为空指针后可以再释放
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}