C语言 —— 请将我的箭我的花与我的爱 - 动态内存管理

迷迭所归处

已于 2025-04-12 20:51:27 修改

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分类专栏： C语言文章标签： c语言开发语言

于 2024-05-31 20:58:28 首次发布

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1.为什么要用动态内存分配

我们目前已经掌握的内存开辟方式有：

1.直接创建变量
int i = 10;//在栈空间上开辟四个字节(向内存申请4个字节)
char a = 5;//1个字节空间

2.向内存申请一片连续的空间
char arr[10] = {0};//在栈空间上开辟10个字节的连续空间 
int arr[20];//80个字节空间

以上的内存申请方式，一旦申请好空间大小就不能调整

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，一旦申请好空间大小就不能调整，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. malloc

malloc文档链接：

malloc - C++ Referencehttps://legacy.cplusplus.com/reference/cstdlib/malloc/?kw=malloc

void* malloc (size_t size);

malloc：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（返回起始地址）

size：内存块的大小，单位是字节

1. 如果开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针



2.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



3.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



4.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

malloc函数开辟20个字节的空间，存放5个整形数据

//20个字节，存放5个整数
int* p=(int*)malloc(20);//向内存申请20个字节空间大小
    
//向内存申请5个大小为sizeof(int)的空间，也就是5个整形空间
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    //20个字节，存放5个整数
    int* p=(int*)malloc(20);//向内存申请20个字节空间大小

    //判断空间是否申请成功
    if(p==NULL)
    {
        perror("malloc");
        return 1;//如果申请失败则返回1，如果成功则直接使用
    }

    //使用空间
    int i = 0;
    for(i = 0;i < 5;i++)
    {
        *(p + 1) = i + 1;
    }
    
    return 0;
}

malloc,free,calloc,realloc所申请的内存空间都在堆区上面

3. free

free文档链接：

free - C++ Referencehttps://legacy.cplusplus.com/reference/cstdlib/free/?kw=free

void free (void* ptr);

free：用来释放动态申请开辟的内存空间

传递给free函数的只能是要被释放的空间的起始地址，不能是中间地址

1.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



2.如果参数ptr是NULL指针，则函数什么事都不做



free 的内存释放可以理解为这块内存的使用权被取消掉了，而内存的回收销毁是栈实现的



我们free完之后要记得把free过的空间的指针置为NULL，不然就会变成野指针

#include <stdio.h>
#include <stdlib.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;//置为NULL，不然就会变成野指针

    return 0;
}

4. calloc

calloc文档链接：

calloc - C++ Referencehttps://legacy.cplusplus.com/reference/cstdlib/calloc/?kw=calloc

void* calloc (size_t num, size_t size);

calloc:也是用来动态内存分配，并且会在申请内存空间的时候同时把空间初始化为0

如果想初始化的话就使用calloc，如果不想初始化就使用malloc

1.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

2.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

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

 int main()
 {
    //申请10整形大小的空间
     int *p = (int*)calloc(10, sizeof(int));

     if(NULL != p)
     {
     //使用空间
        int i = 0;
        for(i = 0;i < 10;i++)
        {
             printf("%d ",*(p+i));   
        }
     }

     free(p);
     p = NULL;

     return 0;
 }

如果我们想要对申请的空间初始化，那么就可以使用calloc函数

5. realloc

realloc：文档链接

realloc - C++ Referencehttps://legacy.cplusplus.com/reference/cstdlib/realloc/?kw=realloc

realloc : 用来调整空间大小

1.realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活

2. 有时会我们发现过去申请的空间大小不合适，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。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);

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

realloc在调整内存空间的是存在三种情况：

情况1

原有空间之后有足够大的空间:

当为情况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



原有空间之后没有足够大的空间：



当为情况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：



1.在堆区的内存中找一个新的空间，并且满足新的空间大小要求

2.会在原来的空间的数拷贝一份放到新空间里

3.释放旧地址

4.返回新内存空间的起始地址

情况3

调整失败，返回NULL

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
	int* ptr = (int*)malloc(100);
	if (ptr != NULL)
	{
		perror("malloc");
	}
	else
	{
		return 1;
	}
	//扩展容量

	//代码1 - 直接将realloc的返回值放到ptr中
	ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//这样可以吗？(如果申请失败会如何？)

	//代码2 - 先将realloc函数的返回值放在p中，不为NULL，在放ptr中
	int* p = NULL;
	p = realloc(ptr, 1000);
	if (p != NULL)
	{
		ptr = p;
	}

	//业务处理
	free(ptr);

	return 0;
}

如果realloc函数第一个参数传空指针，那么它的功能就和malloc函数的功能一模一样

6. 常见的动态内存的错误

错误1

对NULL指针的解引用操作

void test()
 {
    int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);

    //没有判断p是不是NULL,如果p的值是NULL，就会有问题
    *p = 20;
    free(p);
 }

没有判断p是不是NULL,如果p的值是NULL，就会有问题

错误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);
  }

总共10个元素，但是这里是<=10，所以越界访问

错误3

对非动态开辟内存使用free释放

void test()
 {
     int a = 10;
     int *p = &a;
     free(p);
 }

p指向的是a申请的空间，但是a并不是动态申请的空间（malloc,calloc），所以不能free掉

错误4

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
}

可以在free之后给p置为NULL，置为NULL之后哪怕多次free也没有问题

错误5

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);
 }

忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄漏，动态开辟的空间一定要释放，并且正确释放

malloc和free最好要一起出现，做的谁申请的空间谁释放，如果不能释放，要告诉使用的人要记得释放

7. 柔性数组

柔性数组是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

//写法1
typedef struct st_type
{
	int i;
	int a[];//柔性数组成员

}type_a;

//写法2
typedef struct st_type
{
	int i;
	int a[0];//0意味着这个数组也没有指定大小

}type_a;

7.1 柔性数组的特点

1.结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员

2.sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存

3.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

typedef struct st_type
{
	int i;
	int a[0];

}type_a;

printf("%d\n", sizeof(type_a));//输出4

7.2 柔性数组的使用

typedef struct st_type
{
	 int i;
	 int a[0];//柔性数组成员
}type_a;

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
	 int i = 0;
	 type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int));
	 p->i = 100;

	 for(i=0; i<100; i++)
	 {
		 p->a[i] = i;
	 }

	 free(p);

	 return 0;
}