【C进阶】动态内存管理-编程知识

一、为什么存在动态内存分配

我们之前学的都是开辟固定大小的空间，但有时候需要空间的大小只有在程序运行时才能知道，那么就引入了动态内存开辟

内存分布所在：

二、动态内存函数的介绍

2.1malloc和free

动态内存开辟的函数

void * malloc（size_t size) （字节为单位）

头文件：<stdlib.h>

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）开辟成功：返回指向开辟好空间的指针

（2）开辟失败：返回一个NULL指针，空指针是不能进行操作的（因此malloc的返回值一定要做检查）

（3）返回值的类型是 void*，具体使用时自己进行强制类型转换

（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

动态内存的释放和回收

void free（void * ptr）

头文件：<stdlib.h>

把这块空间还给操作系统，但是ptr指向的还是这块地址，也就是ptr变为了野指针（那么为了安全，free结束后都会使ptr=free）

（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

malloc函数申请的空间，释放有两种情形：

（1）free主动释放

（2)程序退出（前提）后，malloc申请的空间被操作系统回收（被动释放）

#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
int main()
{//申请一块空间，来存放10个整形int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));if (p == NULL){perror("malloc");return 1;//异常返回}//使用for (int i = 0; i < 10; i++){*(p + i) = i;}for (int i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", p[i]);}//释放free(p);p = NULL;return 0;
}

2.2calloc

也是用来动态开辟的(比malloc多一个参数num，而且会自动初始化为0）

void * calloc （size_t num , size_t size)

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

2.3realloc（re-alloc再开辟空间）

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

realloc空间再开辟也可能失败，失败就返回NULL，那么空间就变小了

（如果为NULL，没有ptr，realloc创建的地址直接赋给原地址p，p变为NULL，空间变小了，p连原来的空间都访问不了）

为了防止这样的情况出现：

int* ptr = (int*)realloc(p, 2000 * sizeof(int));
if (ptr != NULL)
{p = ptr;
}

（5)realloc在调整内存空间的是存在两种情况:

·情况1：原有空间之后有足够大的空间

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：原有空间之后没有足够大的空间

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。

<1>将旧的空间数据拷贝到新的空间（不能让数据丢了）

<2>释放掉旧的空间

<3>返回新的空间地址

（6）当realloc的第一个参数为NULL时，realloc等价于malloc

nt* p = (int*)realloc(NULL, 40);// ==malloc(40)
if (p == NULL)
{}

realloc代码演示：

#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
int main()
{//申请一块空间，来存放10个整形int* p = (int*)calloc(10 , sizeof(int));if (p == NULL){perror("calloc");return 1;}//使用for (int i = 0; i < 10; i++){*(p + i) = i;}for (int i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", p[i]);}//空间不够，希望调整空间为20个整形空间int* ptr = (int*)realloc(p, 20 * sizeof(int));if (ptr != NULL){p = ptr;}//释放free(p);p = NULL;return 0;
}

三、常见的动态内存错误

3.1 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);
}

需要加上：

if (p == NULL)
{

perror("malloc");
return 1;
}

3.2 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);
}

3.3 对非动态开辟内存使用free释放

局部变量在堆区，动态释放的空间在栈区

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

3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

为了不让p动，可以再定义一个指针变量等于p

void test()
{int *p = (int *)malloc(100);p++;free(p);//p不再指向动态内存的起始位置
}

3.5 对同一块动态内存多次释放

所以free开辟的空间以后一定要加上p=NULL

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

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()
{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

int* test()
{int* p = (int*)malloc(40);//...if (3)return p;free(p);p = NULL;
}int main()
{int* ret = test();while (1){;}free(ret);//在main函数中freeret = NULL;return 0;
}

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