动态内存管理

最新推荐文章于 2025-05-23 08:16:32 发布

爱吃鱼的修猫

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分类专栏： c语言修炼之路文章标签： c语言

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文章目录

前言
一、为什么存在动态内存分布
二、动态内存函数的介绍
三、常见的动态内存错误
总结

前言

本篇文章主要带领大家深度了解常见的动态内存函数以及常见的动态内存错误

一、为什么存在动态内存分布

我们目前所掌握的动态内存开辟：

int a = 10;//栈上开辟四个字节的空间

char arr[10];//栈上开辟十个字节的空间

我们发现上述开辟空间的办法有较大的局限性：

1.空间大小是固定的

2.数组在创建时必须指定数组的长度

但是我们对空间的需求不止上述两种情况，后续可能会根据需求所需空间需要变大或者用不完，但是无法随时调整，这时我们就需要动态内存的开辟了.

二、动态内存函数的介绍

2.1 malloc和free函数

这两个函数是成对出现的，如果用malloc开辟空间就一定要用free释放，不然可能会导致内存泄露，后续我们会讲到，那么首先先讲一下malloc函数吧

void* malloc (size_t size);

这个函数向内存申请一块连续可用的空间（堆区申请），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，具体在使用的时候使用者自己来决定。

4.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。

free函数

void free (void* ptr);

free用来释放malloc动态开辟的内存：

1.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

2.如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做。

使用malloc和free函数都需要引用头文件<stdio.h>.

eg：

#include <stdio.h>

int main()
{
	//malloc(10 * sizeof(int));//开辟一个能够存放十个int类型数据的空间
	int* ptr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));//将其存放在一个类型为int*的指针中
	//因为返回的void* 所以需要强制转换成int*
	if (ptr == NULL)//判定开辟是否成功
	{
		perror("malloc");//失败则返回错误信息
		return;
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(ptr + i) = 0;//将开辟的空间初始化
	}
	
	free(ptr);//释放空间
	ptr = NULL;//将指针置空，防止后续不小心使用该指针从而导致错误
	return 0;
}

如图所示已成功开辟且初始化为0

2.2 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);

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.

eg：

#include <stdio.h>
int main()
{
	//calloc(10, 4);//开辟10个大小为四字节的空间
	int* ptr = (int*)calloc(10, 4);//将其存放在一个类型为int*的指针中
	//因为返回的void* 所以需要强制转换成int*
	if (ptr == NULL)//判定开辟是否成功
	{
		perror("malloc");//失败则返回错误信息
		return;
	}
    free(ptr);//释放空间
	ptr = NULL;//将指针置空，防止后续不小心使用该指针从而导致错误
	return 0;
}

运行如下

free释放空间后

2.3 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。

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

1.ptr 是要调整的内存地址

2.size 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在调整内存空间的是存在两种情况：

情况1：原有空间后有足够使用的大小

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。

情况2：原有空间后没有足够使用的大小

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。

eg：

#include <stdio.h>
int main()
{
	//malloc(10 * sizeof(int));//开辟一个能够存放十个int类型数据的空间
	int* ptr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));//将其存放在一个类型为int*的指针中
	//因为返回的void* 所以需要强制转换成int*
	if (ptr == NULL)//判定开辟是否成功
	{
		perror("malloc");//失败则返回错误信息
		return;
	}
	int i = 0;
	for ( i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(ptr + i) = 0;//将开辟的空间初始化
	}
	int* p=(int*)realloc(ptr, 20 * sizeof(int));//在ptr后面追加十个int型的空间，并新创指针p接收返回值，防止返回NULL
	if (p != NULL)
	{
		ptr = p;//判定p是否为空，不为空在赋给ptr。防止地址丢失
	}
	for (i = 0; i < 20; i++)//将新开辟的空间也初始化为0
	{
		*(ptr + i) = 0;
	}
	free(ptr);//释放空间
	ptr = NULL;//将指针置空，防止后续不小心使用该指针从而导致错误
	return 0;
}

扩容前：

扩容后：

三、常见的动态内存错误

3.1 对NULL指针的解引用操作

int main()
{
	int* p = NULL;
	*p = 1;
	if (*p == 1)
	{
		printf("666");
	}
	return 0;
}

程序会崩溃：

3.2 对动态开辟空间的越界访问

#include <stdio.h>
int main()
{
	int* ptr = (int*)malloc(5 * sizeof(int));//开辟五个整形的空间
	int i = 0;
	for (i = 0; i <=5; i++)
	{
		*(ptr + i) = 0;//当i=5时会导致越界访问
	}
	return 0;
}

3.3 对非动态开辟内存进行free释放

int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	free(&arr[0]);//释放非动态内存开辟的空间
	return 0;
}

会导致程序出错

3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

int main()
{
	int* ptr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	free((ptr + 5));//ptr+5非原地址，部分释放导致出错
	return 0;
}

如下：

3.5 对同一块动态内存多次释放

int main()
{
	int* ptr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	free(ptr);
	free(ptr);//多次释放

	return 0;
}

如下：

3.6 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()
{
	
	while (1)
	{
		test();
	}
	return 0;
}

开辟的内存不及时释放会导致内存泄露，如下图，右边内存使用量会不断上涨直到临界值

总结

以上就是今天要讲的内容，希望同学们能够有所收货