C语言—动态内存管理

1.为什么要有动态内存分配

已经掌握的两种内存开辟方式：类型定义和数组定义。

但是它们开辟的大小是固定的，数组在声明的时候，还必须指定数组的长度，不方便调整。

因此：通过动态内存开辟，自由申请和释放空间就比较灵活。

2.malloc 和 free

2.1 malloc

C语言提供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的返回值一点要做检查。
• 返回值的类型是void*，所以malloc函数并不知道开辟空间的类型，具体在使用的时候由使用者自己来决定。
• 如果参数size为0，malloc的行为是标准未定义的，取决于编译器。

2.2 free

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。

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。

头文件 stdlib.h

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

int main()
{
    //申请10个整型的空间

    int* p=(int*)malloc(10 * sizeof(int));
    if (p == NULL)
    {
        //空间开辟失败
        perror("malloc");
        return 1;
    }
    //可以使用40个字节
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        *(p + i) = i + 1;
    }
    //释放
    free(p);
    p = NULL;

    //.....
    return 0;
}

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。

void* calloc (size_t num,size_t size);

• 函数的功能是为 num 哥大小为 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

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

int main()
{
    //申请10个整型的空间
    //int* p1 = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    int* p2=(int*)calloc(10, sizeof(int));
    if (p2 = NULL)
    {
        perror("calloc");
        return 1;
    }
    //使用空间
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("%d", p2[i]);//*(p2+i)
    }
    //释放
    free(p2);
    p2 = NULL;
    return 0;
}

3.2 realloc

• realloc 函数的出现让动态内存管理更加灵活。
• 有时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。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 是要调整的内存地址
• size 是调整之后的大小
• 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 在调整内存空间的时候存在两种情况：

        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

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

int main()
{
    //申请10个整型的空间
    //int* p1 = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
    if (p = NULL)
    {
        perror("calloc");
        return 1;
    }
    //使用空间
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("%d", p[i]);//*(p2+i)
    }
    //调整空间
    int* ptr = (int*)realloc(p, 20 * sizeof(int));
    if (ptr != NULL)
    {
        p = ptr;
    }
    //使用
    //......


    //释放
    free(p);
    p = NULL;
    return 0;
}

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

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

int main()
{
    int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
    if (p = NULL)
    {
        perror("calloc");
        return 1;
    }
    //使用空间
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 40; i++)
    {
        printf("%d", p[i]);
    }
return 0;
}

4.3 对非动态开辟内存使用free释放

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

int main()
{
    int a = 10;
    int* p = &a;
    //.....
    free(p);
    p = NULL;

    return 0;
}

4.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

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

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

4.5对同一块动态内存多次释放

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

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

4.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

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

void test()
{
    int flag = 1;
    int* p = (int*)malloc(100);
    if (p == NULL)
    {
        //
        return;
    }

    //使用
    if (flag)
        return;

    free(p);
    p = NULL;
}

int main()
{
    test();
    //......
    return 0;
}

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会释放，并且正确释放。

6.柔性数组

C99中，结构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。

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

有些编译器报错无法编译，可以改成：

struct st_type
{
  int i;
  int a[];//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。

作者自述：本文主要针对C语言的动态内存管理的知识。内容中包含了很多总结内容。本文制作不易，求求动动你们发财的小手点个赞和关注，这是对我创造最大的动力。后续我也会跟进内容，尽量一周至少一次，保证内容的质量。如果有想知道的内容或者有建议的地方，欢迎后台私信或者在本文留言哦。感谢各位的支持捏Thanks♪(･ω･)ﾉ。