【C语言】进阶——动态内存管理-优快云博客

一、为什么存在动态内存管理

我们已经掌握的内存开辟方式有：

int val = 20;         //在栈空间开辟四个字节

char arr[10] ={0};     //在栈空间开辟10个字节的连续空间

但上述开辟空间的方式有两个特点：

空间开辟大小是固定的
数组在声明的时候，必须指定数组的长度，他需要内存在编译时分配对于空间的需求，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知道，那数组的编译开辟空间的方式就不能满足了

二、动态内存分配函数的介绍

1.malloc

void* malloc (size_t size);

函数向内存申请一块连续可用的空间，

返回值：返回这个空间的指针。

参数：size为需要开辟空间的字节数

头文件：#include<stdlib.h>

注：malloc开辟的空间并没有初始化！

int main()
{
	int* p = NULL;
	p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));		//开辟10个整型大小的空间 赋值给指针p

    //判断是否开辟成功
    if (p != NULL)
	{
		int i = 0;
		for (i = 0; i < 10; i++)
		{
			*(p + i) = 0;	//将空间元素置0
		}
	}
	return 0;
}

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，具体在使用的时候自行强制转换
如果参数size 为0，malloc的行为是标准时未定义的，取决于编译器

2.free

void free (void* ptr);

用来释放动态开辟的内存，

只是空间释放，开辟的地址没有清空，所以要将置NULL（防止野指针）

参数：需要释放的动态内存空间

int main()
{
	int* p = NULL;
	p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));		//开辟10个整型大小的空间 赋值给指针p
	free(p);
	p = NULL;		//置NULL，防止野指针
	return 0;
}

3.calloc

void* calloc (size_t num, size_t size);

calloc函数也可用来动态地址分配

参数： num 个大小为 size 的元素开辟一块空间；

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,

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

4.realloc

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

realloc函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整。(动态内存大小调整)

参数：

        1、ptr是要调整的内存地址

        2、size是调整后的新大小

返回值：是调整之后的内存起始地址

这个函数在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在调整内存空间存在两种情况：

情况1：原有空间之后有足够大的空间：

        直接在原有内存上直接追加空间，原有空间的数据不发生变化

情况2：原有空间之后的空间不够大：

        在堆空间上另找一个合适大小的连续空间来使用。这样函数返回的是个新的内存地址

int main()
{
	int* p = NULL;
	p =(int*) calloc(10, sizeof(int));
	if (p != NULL)
	{
		int i = 0;
		for (i = 0; i < 10; i++)
		{
			printf("%d ", *(p + i));
		}
	}
	printf("\n");
	p = realloc(p, 20);
	if (p != NULL)
	{
		
		int i = 0;
		for (i = 0; i < 20; i++)	//对新开辟的空间全部置0
		{
			*(p + i) = 0;
		}
		for (i = 0; i <20; i++)
		{
			printf("%d ", *(p + i));	//打印出来
		}
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

三、常见的动态内存错误

1、对NUUL指针的解引用操作

int main() {
 
	                //动态地址分配
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	*p = 20;	    //如果p = NULL,则为非法访问内存
	free(p);
	p = NULL;
}

malloc（）申请一块动态地址可能申请失败，失败返回NULL，

2、对动态开辟的空间的越界访问

int main() {
	                //动态地址分配
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL) 
    {
		return 0;
	}
	int i = 0;
	//for循环，i的越界
	for (i = 0; i < 40;i++) 
    {
		*(p + i) = i;
	}
	free(p);
	p = NULL;
}

malloc动态开辟了10*sizeof(int) 大小的空间，而for循环访问了40个元素，越界访问了

3、对非动态开辟的内存使用free释放

int main() {
	int arr[] = { 0 };	//栈区
	int* p = arr;
 
	//释放
	free(p);
	p = NULL;
}

free只适用于malloc，realloc，calloc开辟的动态内存

4、使用free释放一块动态开辟内存的一部分

int main() {
	//动态地址分配
	int* p = (int*)malloc(10);
	if (p == NULL) {
		return 0;
	}
	int i = 0;
	//for循环，i的越界
	for (i = 0; i < 5;i++) {
		*p ++  = i;    //error
	}
 
	free(p);
	p = NULL;
}

找不到动态分配的起始地址

5、对同一块动态开辟的空间，多次释放

int main(){
	int* p = (int*)malloc(100);
    //使用
    //释放
    free(p);
    //再释放
    free(p);
 
    return 0;
}

避免方法：释放后，将p置为NULL；

6、动态开辟的空间，没有释放（内存泄漏）

void test() {
	int* p = (int*)malloc(100);
	if (p = NULL) {
		return 0;
	}
}
 
int main() {
	
	test();
 
	return 0;
}

动态开辟的空间有2种回收方式：

1、主动free()

2、程序结束

当，忘记释放后，程序一直开着，就会存在内存泄漏

四、几个经典的笔试题

1、题目1

void getmemory(char* p){
	p = (char*)malloc(100);
}
 
void test(void) {
	
	char* str = NULL;
	getmemory(str);
	strcpy(str, "Hello");
	printf(str);
 
}
 
 
int main() {
	test();
	return 0;
}

拷贝失败，没有释放，内存泄漏，引发异常，没有输出结果

解析：

1、str传给getmemory函数的时候是值传递，所以getmemory函数中的形参p是str的一份临时拷贝。在动态申请空间地址时，不会影响外面的str，所以getmemory函数返回之后，str依然是NULL，进而strcpy（）失败

2、当getmemory函数返回之后，形参p销毁，使得动态开辟的空间100字节存在内存泄漏，无法释放

修改：

void test(void) {
 
	char* str = NULL;
	str = getmemory(str);
	strcpy(str, "Hello");
	printf(str);
 
	free(str);
	str = NULL;
 
}
 
int main() {
	test();
	return 0;
}

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循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。

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。

五、柔性数组

c99中，结构体中的最后一个元素允许是未知的数组，这叫做柔性数组成员

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

或者

typedef struct st_type{
    int i;
    int a[0];  
//或 int a[];
 
}type_a

柔性数组的特点

1.结构体中的柔性数组成员前面必须至少有一个其他成员。

2.sizeof（）返回的这种结构的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（）函数进行内存动态分配，并且分配的内存应该大于结构体的大小，以适应柔性数组的预期大小

struct stu
{
	char ch;
	int age;
	char name[];
};

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;
	printf("%d\n", sizeof(type_a));//输出的是4
	
	int i = 0;
	type_a* p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a) + 100 * sizeof(int));
	//判断
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	p->i = 100;
	for (i = 0; i < 100; i++)
	{
		p->a[i] = i;
	}
	free(p);
	p = NULL;

3、柔性数组的优势

好处1、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并把整个结构体返回给用户。用户调用free可以释放结构体，但是用户并不知道这个绍构体内的成员也需要free，所以你不能指望用户来发现这个事。所以，如果我们把结构体的内存以及成员要的内存一次性分配好了，并返回给用户一个结构体指针，用户做一次free就可以把所有的内存也给释放掉。

好处2、有利于提升访问速度