动态内存管理———程序小白的C语言学习

最新推荐文章于 2025-12-10 09:11:08 发布

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#学习

今天学了动态内存管理，写这篇博客作为复习。

我的gitee：https://gitee.com/stream_ocean1/insist-2?source=header_my_projects

4.4 使⽤free释放⼀块动态开辟内存的⼀部分

1. 为什么要有动态内存分配

我们已经掌握的内存开辟⽅式有：


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：

• 空间开辟⼤⼩是固定的。

• 数组在申明的时候，必须指定数组的⻓度，数组空间⼀旦确定了⼤⼩不能调整

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。 C语⾔引⼊了动态内存开辟，让程序员⾃⼰可以申请和释放空间，就⽐较灵活了。

有些人会说

不是有变长数组吗？那玩意不就可以变长变短吗？实则不然

int i = 0;
int arr[i];

变长数组一但被确定下来，也就是 i 的值被确定下来之后，它的空间就被确定下来了，无法更改空间大小。

因而我将介绍C语言给我们的开辟动态内存的函数。

动态内存放在堆区

2. malloc和free

2.1 malloc

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。

使用时需包含头文件 <stdlib.h>

什么意思呢？

那什么情况下会不成功呢？

ok，那空间开辟成功了，来试试看能不能用

使用完空间了，总不能够一直放着吧，不然这申请一个，那申请一个，申请多了，空间完全不够用，所以要回收

一般情况下，程序结束会自动回收空间，但有时程序会一直跑，不会关闭，这时就需要手动回收了

2.2 free

C语⾔提供了另外⼀个函数free，专⻔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

如果不将它变为空指针，当我们想拦截它的时候，就拦截不了了

当不置NULL时，找不到的。

3. calloc和realloc

3.1 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

int main()
{
	int i = 0;
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));

	if (p == NULL)
	{
		perror(malloc);
		return 1;
	}

	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		p[i] = i;
	}
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}

	if (p == NULL)
	{

	}


		free(p);
		p = NULL;

	return 0;
}

这里使用了calloc 函数

使用后就会将申请的空间全部变成0

所以如果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。

3.2 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，那为了合理的使⽤内存，我们⼀定会对内存的⼤⼩做灵活的调整。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);

• ptr 是要调整的内存地址

• size 调整之后新⼤⼩

• 返回值为调整之后的内存起始位置。

• 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。

• realloc在调整内存空间的是存在两种情况：

◦ 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。

realloc还有一种用法，就是用来申请空间

只需让地址那一栏写NULL，就会自动开辟了

4.常见的动态内存的错误

4.1 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);
 }

4.2 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);
}

4.3 对⾮动态开辟内存使⽤free释放

4.4 使⽤free释放⼀块动态开辟内存的⼀部分

4.5 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

}

4.6 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);
}

这个问题就是学习动态内存时常强调的，要注意使用完释放内存，自己暂时释放不了，要提醒它人释放

忘记释放不再使⽤的动态开辟的空间会造成内存泄漏。

切记：动态开辟的空间⼀定要释放，并且正确释放。

5. 动态内存经典笔试题分析

5.1 题⽬1：

GetMemory(str) 调用时，str 的值（即 NULL）被复制给形参 p。此时 p 是 str 的一个副本，二者指向同一地址（NULL），但 p 和 str 是两个独立的指针变量。

void GetMemory(char* p)
{
	p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(str);
	strcpy(str, "hello world");
	printf(str);
}

5.2 题⽬2：

char* GetMemory(void)
{
	char p[] = "hello world";
	return p;
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	str = GetMemory();
	printf(str);
}

int main()
{

	Test();
	return 0;
}

这里与上面类似，但为什么会有问题呢？

注意这里的p创建时是栈区空间，虽然它将地址传给了str

但是由于栈区变量出来就销毁，就算有了地址，里面的内容随时会被覆盖

而动态内存不同，只要你不去释放空间或者结束程序，它的空间内容就不会变

如果想改进的话

5.3 题⽬3：

void GetMemory(char** p, int num)
{
	*p = (char*)malloc(num);
} 
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(&str, 100);
	strcpy(str, "hello");
	printf(str);
}

这个就相对简单很多，只是没有释放空间，造成内存泄漏的问题

5.4 题⽬4：

void Test(void)
{
	char* str = (char*)malloc(100);
	strcpy(str, "hello");
	free(str);
	if (str != NULL)
	{
		strcpy(str, "world");
		printf(str);
	}
}

int main()
{

	Test();
	return 0;
}

这里乍一眼看好像没什么问题，有释放了空间，但有个最主要的问题，没有将str置为空，

使 str 变成了野指针，非法访问了内存

6. 柔性数组

也许你从来没有听说过柔性数组（flexiblearray）这个概念，但是它确实是存在的。

C99中，结构体中的最后⼀个元素允许是未知⼤⼩的数组，这就叫做『柔性数组』成员。

6.1 柔性数组的特点：

• 结构中的柔性数组成员前⾯必须⾄少⼀个其他成员。

• sizeof返回的这种结构⼤⼩不包括柔性数组的内存。

• 包含柔性数组成员的结构⽤malloc()函数进⾏内存的动态分配，并且分配的内存应该⼤于结构的⼤⼩，以适应柔性数组的预期⼤⼩。

关于第三点

6.2 柔性数组的使⽤

6.3 柔性数组的优势

上面的代码，如果不使用柔性数据，就可以用两次malloc申请两次空间，

柔性数组相对于多次malloc使用

第⼀个好处是：⽅便内存释放

如果我们的代码是在⼀个给别⼈⽤的函数中，你在⾥⾯做了⼆次内存分配，并把整个结构体返回给⽤⼾。⽤⼾调⽤free可以释放结构体，但是⽤⼾并不知道这个结构体内的成员也需要free，所以你不能指望⽤⼾来发现这个事。所以，如果我们把结构体的内存以及其成员要的内存⼀次性分配好了，并返回给⽤⼾⼀个结构体指针，⽤⼾做⼀次free就可以把所有的内存也给释放掉。

第⼆个好处是：这样有利于访问速度.

连续的内存有益于提⾼访问速度，也有益于减少内存碎⽚。（其实，我个⼈觉得也没多⾼了，反正你跑不了要⽤做偏移量的加法来寻址）

7. 总结C/C++中程序内存区域划分

C/C++程序内存分配的⼏个区域：

1. 栈区（stack）：在执⾏函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执⾏结束时这些存储单元⾃动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很⾼，但是分配的内存容量有限。栈区主要存放运⾏函数⽽分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。《函数栈帧的创建和销毁》

2. 堆区（heap）：⼀般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS（操作系统）回收。分配⽅式类似于链表。

3. 数据段（静态区）：（static）存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。

4. 代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的⼆进制代码。