动态内存管理

 1. 为什么要有动态内存分配

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] = {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：

• 空间开辟⼤⼩是固定的。

• 数组在申明的时候，必须指定数组的⻓度，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。

• 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。

• 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。

类似于malloc、free、calloc、realloc这样用于动态内存管理的函数申请的内存都是放在堆区上的。

#include<stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(20);
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
		*(p + i) = i;
		printf("%d ", *(p + i));
	}
	return 0;
}

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，该函数接受一个指向要释放的内存块的指针作为参数，并将该内存块标记为可用状态，以便后续再次分配使用。在调用free函数后，指针变量的值仍然保留，但不再指向有效的内存地址，因此需要将该指针置为空，避免其成为野指针，也不应再使用该指针进行读写操作，

• 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，也就是说free只能释放那些动态申请的空间。

• 如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做。

malloc和free都声明在 stdlib.h 头⽂件中。

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);

• 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。

• 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。可以根据要不要初始化内存空间，来考虑使用 malloc 还是 calloc。

#include<stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)calloc(5, sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror("calloc");
		return 1;
	}
	for (int i = 0; i < 5; i++) {
		*(p + i) = i;
		printf("%d ", *(p + i));
	}
	free(p);
	p = 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。

函数原型如下：

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

• ptr 是要调整的内存地址

• size 调整之后新⼤⼩

• 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

#include<stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(20);
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	int* ptr = (int*)realloc(p, 40);
	if (ptr != NULL)
	{
		p = ptr;
		for (int i = 0; i < 10; i++)
		{
			*(p + i) = i;
			printf("%d ", *(p + i));
		}
		free(p);
		p = NULL;
	}
	else
	{
		perror("realloc");
		free(p);
		p = NULL;
	}
	return 0;
}

realloc 可以完成和 malloc 一样的功能

int main()
{
	realloc(NULL, 20);
	return 0;
}

4. 柔性数组 

也许你从来没有听说过柔性数组（flexible array）这个概念，但是它确实是存在的。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。

例如：

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

有些编译器会报错⽆法编译可以改成：

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

4.1 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⼤⼩，以适应柔性数组的预期⼤⼩。

struct S
{
	int a;
	int arr[];
};
int main()
{
	struct S* p = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + sizeof(int) * 4);
	return 0;
}