库函数malloc,callco,realloc以及free的用法

文章介绍了动态内存分配的原因,包括malloc用于分配内存,free进行释放,calloc用于初始化为零的内存分配,以及realloc用于调整已分配内存的大小。同时,文中列举了常见的动态内存错误,如对NULL指针的解引用、越界访问、错误释放等。

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1.用他们实现动态内存分配 

1.1:为什么存在动态内存分配

int val = 20;//在栈空间上开辟四个字节
char arr[10] = {0};//在栈空间上开辟10个字节的连续空间

但是上述的开辟空间的方式有两个特点
1. 空间开辟大小是固定的。
2. 数组在申明的时候,必须指定数组的长度,它所需要的内存在编译时分配。
但是对于空间的需求,不仅仅是上述的情况。有时候我们需要的空间大小在程序运行的时候才能知道,
那数组的编译时开辟空间的方式就不能满足了。
这时候就只能试试动态存开辟了。

2. 动态内存函数的介绍

2.1 malloc和free

C语言提供了一个动态内存开辟的函数:

void* malloc (size_t size);

这个函数向内存申请一块连续可用的空间,并返回指向这块空间的指针。如果开辟成功,则返回一个指向开辟好空间的指针。如果开辟失败,则返回一个NULL指针,因此malloc的返回值一定要做检查。返回值的类型是 void* ,所以malloc函数并不知道开辟空间的类型,具体在使用的时候使用者自己来决定。如果参数 size 为0,malloc的行为是标准是未定义的,取决于编译器。
C语言提供了另外一个函数free,专门是用来做动态内存的释放和回收的,函数原型如下:

void free (void* ptr);


free函数用来释放动态开辟的内存。如果参数 ptr 指向的空间不是动态开辟的,那free函数的行为是未定义的。如果参数 ptr 是NULL指针,则函数什么事都不做。malloc和free都声明在 stdlib.h 头文件中。
举个例子:

#include <stdio.h>
int main()
{
//代码1
int num = 0;
scanf("%d", &num);
int arr[num] = {0};
//代码2
int* ptr = NULL;
ptr = (int*)malloc(num*sizeof(int));
if(NULL != ptr)//判断ptr指针是否为空
{
int i = 0;
for(i=0; i<num; i++)
{
*(ptr+i) = 0;
}
}
free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存
ptr = NULL;//是否有必要?答案是有必要
return 0;
}

2.2 calloc

C语言还提供了一个函数叫 calloc , calloc 函数也用来动态内存分配。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全0。
举个例子:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int *p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
if(NULL != p)
{
//使用空间
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}







 

 所以如何我们对申请的内存空间的内容要求初始化,那么可以很方便的使用calloc函数来完成任务。

2.3 realloc

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。
有时会我们发现过去申请的空间太小了,有时候我们又会觉得申请的空间过大了,那为了合理的时
候内存,我们一定会对内存的大小做灵活的调整。那 realloc 函数就可以做到对动态开辟内存大小
的调整。
函数原型如下:

void* realloc (void* ptr, size_t size);

1.ptr 是要调整的内存地址
2.size 调整之后新大小
3.返回值为调整之后的内存起始位置。
4.这个函数调整原内存空间大小的基础上,还会将原来内存中的数据移动到 新 的空间。
5.realloc在调整内存空间的是存在两种情况:
6.情况1:原有空间之后有足够大的空间  
 情况2:原有空间之后没有足够大的空间

情况1:
当是情况1 的时候,要扩展内存就直接原有内存之后直接追加空间,原来空间的数据不发生变化。
情况2:
当是情况2 的时候,原有空间之后没有足够多的空间时,扩展的方法是:在堆空间上另找一个合适大小的连续空间来使用。这样函数返回的是一个新的内存地址。
由于上述的两种情况,realloc函数的使用就要注意一些.

举个例子:

#include <stdio.h>
int main()
{
int *ptr = (int*)malloc(100);
if(ptr != NULL)
{
//业务处理
}
else
{
exit(EXIT_FAILURE);
}
//扩展容量
//代码1
ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//这样可以吗?(如果申请失败会如何?)
//代码2
int*p = NULL;
p = realloc(ptr, 1000);
if(p != NULL)
{
ptr = p;
}
//业务处理
free(ptr);
return 0;
}

3. 常见的动态内存错误

3.1 对NULL指针的解引用操作

void test()
{
int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);
*p = 20;//如果p的值是NULL,就会有问题
free(p);
}

3.2 对动态开辟空间的越界访问

void test()
{
int i = 0;
int *p = (int *)malloc(10*sizeof(int));
if(NULL == p)
{
exit(EXIT_FAILURE);
}
for(i=0; i<=10; i++)
{
*(p+i) = i;//当i是10的时候越界访问
}
free(p);
}

3.3 对非动态开辟内存使用free释放

void test()
{
int a = 10;
int *p = &a;
free(p);//ok?no
}

3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
p++;
free(p);//p不再指向动态内存的起始位置
}

3.5 对同一块动态内存多次释放

void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
free(p);
free(p);//重复释放
}

3.6 动态开辟内存忘记释放(内存泄漏)

void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
if(NULL != p)
{
*p = 20;
}
}
int main()
{
test();
while(1);
}

 

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