动态内存分配存在的原因

动态内存函数的介绍

malloc和free

calloc

realloc

常见的动态内存错误

对NULL指针的解引用操作

对动态开辟空间的越界访问

对非动态开辟内存使用free释放

使用free释放一块动态开辟内存的一部分

对同一块动态内存多次释放

动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

几个经典的笔试题

题一

题目二

题目三

题目四

C/C++程序的内存开辟

柔性数组

柔性数组的特点

柔性数组的使用

柔性数组的优势

总结

动态内存分配存在的原因

我们先看两种内存开辟方式

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。这时候就只能试试动态存开辟了。

动态内存函数的介绍

malloc和free

C 语言提供了一个动态内存开辟的函数：

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。

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。

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：

void free (void* ptr);

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。

举个例子

#include <stdio.h>
int main()
{//代码1int num = 0;scanf("%d", &num);int arr[num] = {0};//代码2int* 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;return 0;
}

注意：这里的ptr=NULL是很有必要的，因为当ptr所指向的动态内存被释放后。如果不给ptr进行赋值，ptr就会变成野指针

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);

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 。

举个例子

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));if (NULL != p){//使用空间}free(p);p = NULL;return 0;
}

所以如何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。

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。

函数原型如下：

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

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：

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

情况 1

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

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。

注意：找到新空间后。原空间的数据也会一起过来，若是没有找到合适的空间，就会变成一个野指针

由于上述的两种情况， realloc 函数的使用就要注意一些

举个例子

int main()
{int *ptr = (int*)malloc(100);if(ptr != NULL){//业务处理}else{exit(EXIT_FAILURE);    }int*p = NULL;p = realloc(ptr, 1000);if(p != NULL){ptr = p;}//业务处理free(ptr);return 0;
}

注意：因为扩展不一定会成功，所以在扩展后，一定要进行判断，才能赋给ptr

常见的动态内存错误

对NULL指针的解引用操作

void test()
{int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);*p = 20;free(p);
}

如果p的值是NULL，就会出现问题

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;}free(p);
}

总共增加了10个元素，下标最多遍历到9，所以当i=10的时候越界访问了，程序就崩掉了

对非动态开辟内存使用free释放

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

这里呢p为非动态开辟内存，不能用free释放，不然程序会崩溃

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);
}

此时p不再指向动态内存的起始位置，如果运行程序就会崩掉

对同一块动态内存多次释放

void test()
{int *p = (int *)malloc(100);free(p);free(p);
}

这里p进行了重复释放，程序一样会崩掉

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);
}

注意：malloc申请的动态内存只有两种释放方式：1、程序结束 2、用free进行释放

而这里程序既未结束，也没用free进行释放，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。

几个经典的笔试题

题一

void GetMemory(char *p)
{p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{char *str = NULL;GetMemory(str);strcpy(str, "hello world");printf(str);
}

运行后我们发现，出错了

这里我们注意：形参是实参的临时拷贝，代码对p进行了操作，但是对str毫无影响

那么就会存在以下两个问题

而且这里由于GetMemory函数已经结束，已经找不到释放的位置，此处无法释放

题目二

char *GetMemory(void)
{char p[] = "hello world";return p;
}
void Test(void)
{char *str = NULL;str = GetMemory();printf(str);
}

运行结果发现

解释与图解如下

这就好比你租的房子到期了，房东将你的东西全部清出去，你还没来得及归换，这时候呢你这件房的钥匙，但是里面的东西不是你，如果你强行访问，就会存在非法访问

题目三

void GetMemory(char **p, int num)
{*p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{char *str = NULL;GetMemory(&str, 100);strcpy(str, "hello");printf(str);
}

这里的问题就很明显了，没有释放动态内存块

题目四

void Test(void)
{char *str = (char *) malloc(100);strcpy(str, "hello");free(str);if(str != NULL){strcpy(str, "world");printf(str);}
}

这里的问题也很明显，str提前释放了。这就相当于我点了个外卖，外卖员告诉我餐放楼下了，当我去找的时候餐已经被别人拿走了，我知道外卖的地址，却没有外卖

C/C++程序的内存开辟

C/C++ 程序内存分配的几个区域：

1. 栈区（ stack ）：在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结

束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是

分配的内存容量有限。栈区主要存放运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返

回地址等。

2. 堆区（ heap ）：一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由 OS 回收。分

配方式类似于链表。

3. 数据段（静态区）（ static ）存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。

4. 代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码。

有了这幅图，我们就可以更好的理解在《 C 语言初识》中讲的 static 关键字修饰局部变量的例子了。

实际上普通的局部变量是在栈区分配空间的，栈区的特点是在上面创建的变量出了作用域就销毁。

但是被 static 修饰的变量存放在 数据段（静态区） ，数据段的特点是在上面创建的变量，直到程序

结束才销毁

所以生命周期变长。

柔性数组

也许你从来没有听说过 柔性数组（ flexible array ）这个概念，但是它确实是存在的。

C99 中，结构中的最后一个元素允许是未知大小的数组，这就叫做『柔性数组』成员。

例如下面的就是柔性数组

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

结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。

sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。

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

代码1
int i = 0;
type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int));
//业务处理
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

上述的 type_a 结构也可以设计为：

代码2
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;

上述代码 1 和代码 2 可以完成同样的功能，但是方法 1 的实现有两个好处

第一个好处是： 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。