【C语言】动态内存管理

1. 为什么要有动态内存分配

相信同学们通过前面的学习知道，在C语言中有以下的内存开辟⽅式：

比如：①创建一个变量

int a = 10;//在栈空间上申请四个字节的空间

创建一个数组

②一个数组是一块连续的内存空间

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：

• 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

举一个具体的例子： 

int arr[100] = {0};

这里给了我们一个能够存放100个整型的连续内存空间，那么如果我们有50个整型类型的数据要储存，那么就要浪费剩余的内存空间，如果我们有200个整型类型的数据要存储，那么arr数组的空间又不够我们存放数据。

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。

于是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。

那么本期博客就给同学们学习在动态开辟上所用到的几个函数

2. malloc和free

2.1 malloc

C语⾔提供了⼀个动态内存开辟的函数：

函数原型：malloc - C++ Reference (cplusplus.com)

void* malloc (size_t size);

参数： 

size -- 内存块的大小，以字节为单位，类型是无符号整型（size_t）

功能：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。 

对于返回类型也做了介绍：

 从函数原型也能看出：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。

另外如果malloc函数开辟失败的话，则返回⼀个 NULL 指针。

因此malloc的返回值⼀定要做检查！
 

另外注意：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。

2.2 free

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：
free - C++ Reference (cplusplus.com)

void free (void* ptr);//传过去是要释放的空间的起始地址

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。

malloc和free都声明在 stdlib.h 头⽂件中。

这里补充一点：

如果malloc函数开辟失败的话，我们特别想知道malloc开辟失败的原因是什么，

我们可以使用库函数 perror ，这个函数会直接打印出malloc开辟失败所对应错误信息。

我们一起看一下这个函数原型：perror - C++ Reference (cplusplus.com)

void perror ( const char * str );

 功能：打印错误信息

参数：

str -- 是一个字符串，包含了一个自定义消息，将显示在原本的错误消息之前。

返回值：无返回值 

举个例⼦：

我们来看看malloc 开辟空间的具体使用方法：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
	//开辟内存
	int* ptr = (int*)malloc(40);
	int* p = ptr;

	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}

	//内存操作
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}

	//打印
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));
	}

	//内存释放
	free(ptr);
	ptr = NULL;
	return 0;
}

代码解释如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
	int* ptr = (int*)malloc(40);//malloc 函数会返回所申请的内存块的起始地址，返回类型为void*
	//将其强制类型转换为int*意思是所申请的这块空间之后将以整数对其进行访问操作
	int* p = ptr;//因为malloc要返回申请空间的起始地址，所以通常不直接对ptr操作，而是另外创建
	//一个指针存放ptr，后续对p进行操作
	if (p == NULL)
	{
		//malloc函数在申请内存空间时，若空间大小不够，会返回一个空指针
		//此时内存空间就会申请失败
		perror("malloc:");//打印程序错误信息，双引号内的内容由自己定
		//这里perror函数刚好可以验证空间是否申请成功
		return 1;//主函数中return 1表示程序异常结束
	}
	
    //代码走到这里，说明malloc成功开辟空间，我们在空间里赋值，
    //通过循环将 0 到 9 依次存储到分配的内存空间中。
    //这里使用了我们学习过指针偏移的方式 *(p + i) 来进行赋值。
    int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)//申请的空间大小为40个字节，转换为整形即10个整形
	{
		*(p + i) = i;
	}

    //同样通过指针偏移的方式读取并打印出存储在内存中的值。
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("%d ", *(p + i));
    }

	free(ptr);//申请的这块内存空间使用结束