C语言动态内存管理

为什么存在动态内存分配：

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：

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，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。

动态内存函数的介绍：

malloc和free ：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。

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。

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，函数原型如下：

void free (void* ptr);

free函数用来释放动态开辟的内存。

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。

但是，free函数并不是完全销毁这段空间，而是将这段空间的使用权收回，它可能会分配给其他东西，也可能一直放在那里不用，如果打个比方的话：我们申请一个空间，就相当于是拿到了一间房子的钥匙，等到我们使用权结束后，我们并没有把房子给销毁，而是归还房子的钥匙，但是在归还钥匙之前，我们还是能够进入这个房间，所以如果仅仅使用free,可能还不够安全，所以应该采用下面的形式

	int* arr = (int*)malloc(sizeof(int) * 5);
	free(arr);
	arr = NULL;

malloc和free都声明在 stdlib.h 头文件中。

#include <stdio.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;//是否有必要？
 return 0;
}

calloc函数：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。

在上面有提到过，我们之所以选择动态内存管理，就是因为它可以让我们随心所欲的更改我们需要的空间的大小，那这个时候，我们就要用到realloc这个函数

realloc

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，那为了合理的时 候内存，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。

数原型如下：

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。 

常见的动态内存错误：

1.对NULL指针的解引用操作：

void test()
{
 int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);//申请一段巨大的空间，申请失败所以返回NULL
 *p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
 free(p);
}

因为当我们内存申请失败的时候，malloc函数会返回一个NULL指针，如果我们对NULL指针进行解引用操作，就会产生错误，所以我们应该对malloc的返回值进行检查，确保内存申请成功。

2.对非动态开辟内存使用free释放：

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

这段代码错误，a没有申请空间，所以free函数不能对非动态开辟的内存进行操作；会报错！

3.使用free释放一块动态开辟内存的一部分

void test()
{
   int* p = (int*)malloc(100);
   p++;
   free(p);
}

这段代码也是，在编译的时候没有任何报错，但是在运行的时候就产生了错误。因为我们让指针往前移动，指向的不再是动态内存的起始位置，但是free函数必须要对动态内存的起始地址进行操作，而我们的指针p已经不再指向动态内存的起始地址了，所以产生了错误。

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
}

我们重复free的时候，在编译阶段只会给出一个警告，但是在运行的时候就会报错。警告的提示是使用未初始化的内存p，因为我们第一次free的时候已经将p给释放了，所以重复free就会产生这样的结果。只能释放一次，不能多次释放；

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。

切记： 动态开辟的空间一定要释放，并且正确释放 。

C/C++程序的内存开辟：

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。 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。

有了这幅图，我们就可以更好的理解在《C语言初识》中讲的static关键字修饰局部变量的例子了。 实际上普通的局部变量是在栈区分配空间的，栈区的特点是在上面创建的变量出了作用域就销毁。 但是被static修饰的变量存放在数据段（静态区），数据段的特点是在上面创建的变量，直到程序 结束才销毁 所以生命周期变长。