C语言11、动态内存管理、柔性数组

为什么存在动态内存分配？

目前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.数组在声明的时候，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，那数组在编译时开辟空间的方式就不能满足了，这时候只能试试动态内存开辟了

动态内存函数

头文件：#include <stdlib.h>

malloc和free

C语言提供了一个动态内存开辟的函数malloc：

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，具体在使用的时候需要使用者自己来决定

4.如果参数size为0，malloc的行为是标准未定义的，取决于编译器

C语言还提供了另外一个函数free，专门用来做动态内存的释放和回收，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内存开辟的，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

举例如下：

#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

C语言还提供了一个函数叫calloc，也用来动态内存分配

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

realloc

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活

有时我们发现过去申请的空间太小了，有时我们又会觉得申请的空间太大了，那么，为了合理的内存管理，我们一定会对内存的大小做灵活的调整。realloc函数就可以做到对都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是要调整的内存地址

2.size为调整之后新大小

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

5.realloc在调整内存空间的时候存在两种情况：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。

当是情况1时，要扩展内存就直接在原有内存之后追加空间，原来空间的数据不发生变化

当是情况2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，这样做后，函数会返回一个新的内存地址。如果堆上没有足够的空间，则会返回空指针

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);
    *p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
    free(p);
}

2.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);
}

3.对非动态开辟内存使用free释放

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

4.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
}

5.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
}

6.动态开辟内存忘记释放

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

柔性数组

柔性数组

C99中，结构体中最后一个元素允许是未知大小的数组，这个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;

柔性数组的特点：

1.结构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函数进行内存的动态分配，并且分配的内存应该大于结构的大小，以适应柔性数组的预期大小

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

int i = 0;
type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int));


p->i = 100;

for(i=0; i<100; i++) 
{
    p->a[i] = i;
}


free(p);

这样柔性数组成员a，相当于获得了100个整型元素的连续空间

柔性数组的优势

上述代码也可写成：

typedef struct st_type
{
    int i;
    int *p_a; }type_a;
    type_a *p = (type_a *)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;

两个代码都能完成相同的功能，但是最先写的上方代码有两个好处：

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分配，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结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其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。

2.有利于访问速度

连续的内存有益于提高访问速度，也有益于减少内存碎片。（其实，我个人觉得也没多高了，反正你跑不了要用做偏移量的加法来寻址）