动态内存管理

1、为什么会有动态内存分配

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];//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，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。

2、malloc和free

2.1 malloc

C 语言提供一个动态内存开辟的函数：

//使用包含头文件 <stdlib.h>
void* malloc (size_t size);

1. 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。
2. 如果开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针。
3. 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。
4. 这回值的类型是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。
5. 参数size的单位是字节。
6. 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。
7. malloc申请的内存空间都在堆区上。而局部变量，函数参数在栈区

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。
• void* ptr表示free可以接收任意类型的指针。
• 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(也不会报错误)。

malloc和free都声明在 stdlib.h 头文件中。

另外free函数是将参数ptr指向的内存空间释放掉，也就是说这块空间不能再使用，但是指针ptr的值还是这块内存空间的地址，这个时候指针ptr就是野指针，所以在释放空间后需要将ptr置为NULL，防止野指针产生。

例子：

#include <stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 5);
	if (p == NULL)
	{
		printf("error\n");
		return 1;
	}
	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		*(p + i) = i + 1;
	}
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));
	}
	//释放
	free(p);//p是要释放内存空间的起始地址
	p = NULL;//防止野指针产生
	return 0;
}

代码分析：

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);

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。

calloc 使用现象：

malloc 使用现象：

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

1. realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。
2. 有时我们会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，我们就需要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 ：要调整空间的起始内存地址
2. size：调整之后的新大小
3. 返回值为调整之后的内存起始位置，并且类型是void*。
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：
   1. 情况1：原有空间之后有足够⼤的空间
      1. 要扩展内存就直接在原有内存之后直接追加空间，原来空间数据不发生变化，并且内存起始地址还是原来的起始地址。
   2. 情况2：原有空间之后没有⾜够⼤的空间
      1. 在堆区另外找一个合适大小的连续空间，将原来空间的数据拷贝一份到新空间，将原来旧的空间主动释放掉，这样函数返回的是一个新的内存空间。
   3. 情况 3：调整失败了，返回的是NULL。

例子：

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 5);
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	//使用空间
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		*(p + i) = i + 1;
	}
	//打印
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));
	}
	printf("\n");
	printf("------------------------\n");
	//将空间调整为40个字节
	//int* ptr = (int*)realloc(p, 40);
	//将空间调整为4000个字节
	int* ptr = (int*)realloc(p, 4000);
	if (ptr != NULL)
	{
		//申请成功，更新原内存空间的地址
		p = ptr; 
		//使用空间
		for (; i < 10; i++)
		{
			*(p + i) = i + 1;
		}
		//打印
		for (i = 0; i < 10; i++)
		{
			printf("%d ", *(p + i));
		}
	}
	else
	{
		//调整失败，打印错误信息
		perror("realloc");
		free(p);
		p = NULL;
	}
	return 0;
}

代码分析：

情况1：

情况2：

realloc也可以实现malloc函数的功能

realloc(NULL,20)//等价于 malloc(20);