【C语言】3天速刷C语言（动态内存）

章节重点

• 为什么存在动态内存分配

• 动态内存函数的介绍

malloc、free、calloc、realloc

• 常见的动态内存错误

• 经典笔试题

• 柔性数组

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

但是上述的开辟方式有俩特点

1. 开辟空间大小是固定的

2. 数组在声明的时候，必须指定数组的长度，它所需的内存在编译时分配。

对于空间的需求，不仅仅是上述的情况。有的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。这个时候只能动态开辟内存了。

动态内存函数的介绍

malloc和free

http://www.cplusplus.com/reference/cstdlib/malloc/?kw=malloc

http://www.cplusplus.com/reference/cstdlib/free/

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，返回一个NULL指针，因此malloc的返回值一定要检查。

• 返回值的类型是void*，所以malloc函数并不知道开辟空间的的类型，具体在使用的时候使用者自己决定。

• 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。

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函数是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，那么free函数的行为就是未定义的。

• 如果参数ptr是NULL指针，则函数什么事都不做。

malloc和free声明都在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

http://www.cplusplus.com/reference/cstdlib/calloc/

C语言还提供了一个函数叫做calloc，calloc函数也是用来分配动态内存的，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全部初始化为0.

所以按要求来使用calloc函数就行。

realloc

http://www.cplusplus.com/reference/cstdlib/realloc/?kw=realloc

• realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。

• 有时候我们发现过去申请的空间太小了，有时候又太大了，为了更加合理，我们会对内存大小做一个灵活调整，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调整之后的新大小

• 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的大小的基础上，会将原来内存中的数据移到新的空间

• realloc再调整内存空间的是存在两种情况

1. 原空间只后又足够大的空间

2. 原空间之后没有足够大的空间

情况一就直接在原空间后面追加；情况二是在顿空间上另找一个大小合适的空间使用，这样函数返回的就是一个新的内存地址。

常见的动态内存错误

• 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);
}

• 对动态开辟空间的越界访问

void test()
{
 int i = 0;
 int *p = (int *)malloc(10*sizeof(int));
 if(NULL == p)
 {
 exit(EXIT_FAILURE);
 }
 for(i=0; i<=10; i++)
 {
 *(p+i) = i;//当i是10的时候越界访问
 }
 free(p);
}

• 对非动态开辟内存使用free释放

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

• 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);    //p不再指向动态内存的起始位置
}

• 对同一块动态内存的多次释放

void test()
{
 int *p = (int *)malloc(100);
 free(p);
 free(p);//重复释放
}

• 动态内存开辟内存忘记释放（内存泄漏）

void test()
{
 int *p = (int *)malloc(100);
 if(NULL != p)
 {
 *p = 20;
 }
}
int main()
{
 test();
 while(1);
}

经典笔试题

void GetMemory(char *p)
{
 p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
 char *str = NULL;
 GetMemory(str);
 strcpy(str, "hello world");
 printf(str);
}

试问运行结果：“ ”

char *GetMemory(void)
{
 char p[] = "hello world";
 return p;
}
void Test(void)
{
 char *str = NULL;
 str = GetMemory();
 printf(str);
}

试问运行结果：“ ”

void GetMemory(char **p, int num)
{
 *p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{
 char *str = NULL;
 GetMemory(&str, 100);
 strcpy(str, "hello");
 printf(str);
}

试问运行结果：“hello”

void test(void)
{
 char *str = (char *)malloc(100);
 strcpy(str,"hello");
 free(str);
 if(str != NUll);
{ 
 strcpy(str,"world");
 printf(str);
}

试问运行结果：“ ”

柔性数组

flexible array.

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，可以改成：

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

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返回的这种结构体大小不包括柔性数组成员

• 包含瘦西湖那个数组成员的结构用malloc()进行内存动态分配，并且分配的内存应该大于结构体大小，以适应柔性数组预期大小。

例如

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

柔性数组的使用

//代码1
int i = 0;
type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int));
//业务处理
p->i = 100;
for(i=0; i<100; i++)
{
 p->a[i] = i;
}
free(p);

这样的柔性数组，相当于获得可一百个整形元素的连续空间

柔性数组的优势

上述type_a结构也可以设计为

//代码2
typedef struct st_type
{
 int i;
 int *p_a;
}type_a;
type_a *p = malloc(sizeof(type_a));
p->i = 100;
p->p_a = (int *)malloc(p->i*sizeof(int));
//业务处理
for(i=0; i<100; i++)
{
 p->p_a[i] = i;
}
//释放空间
free(p->p_a);
p->p_a = NULL;
free(p);
p = NULL;

方法二和方法一功能相同，但是方法一有两个好处

• 方便释放内存

• 有利于访问速度