动态内存管理

一、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 i=0;                 //在栈空间上开辟四个字节
int 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。这时候就需要动态内存分配。

二、动态内存函数

动态内存函数的声明都包含在头文件 stdlib.h 中

 1. malloc和free

void* malloc (size_t size);         //C语言提供的一个动态内存开辟的函数

 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。

 

void free (void* ptr);  //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

free函数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free函数的行为是未定义的。
• 如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做。

使用free函数释放动态开辟的内存，需要将动态开辟的内存返回的指针赋值为NULL。                  因为free只会释放内存空间，并不会修改ptr指向的内容 如果只free(ptr)，那么ptr就会成为一个野指针。 

2. calloc

void* calloc (size_t num, size_t size);  
//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。

• 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。

如果我们对申请的内存空间的内容要求初始化，那么可以很方便的使用calloc函数来完成任务。 

3.realloc 

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

 realloc函数的作用：

• realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。
• 有时我们会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，那为了合理的使用内存，我们一定会对内存的大小做灵活的调整。realloc 函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整。

关于realloc函数的解释

• 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：（1）原有空间之后有足够大的空间                                                                         （2）原有空间之后没有足够大的空间
  

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。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。

三、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);
}

 在使用malloc和calloc开辟动态内存时，可能会出现开辟失败的情况，此时返回的是NULL，如果   对NULL进行解引用会产生错误。因此在使用动态内存函数时要对返回值进行判断是否为空指针

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));	//开辟十个整形的空间大小
	if(NULL == p)
	{
		return;
	}
	//动态开辟的内存空间也是有大小限制的
	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);
}

 free只可以释放为动态内存函数开辟的空间！

4.使用free释放一块动态开辟内存的一部分

使用free释放动态开辟的内存空间时，应该指向开辟空间的初始位置，否则释放空间会不完全，出现错误

void test()
{
	int *p = (int *)malloc(100);
	...	
	p++;
	...
	free(p);//p不再指向动态内存的起始位置 free释放动态开辟的内存空间应是该空间的起始位置
}

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（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。动态开辟的空间一定要释放，并且正确释放 。