C语言—动态内存管理

详解C语言中的内存的动态分配管理，干货满满

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 val = 20; //在栈空间开辟四个字节

char arr[10] ={0}; //在栈空间开辟10个字节的连续空间

​

但上述开辟空间的方式有两个特点：

1、空间开辟大小是固定的

2、数组在声明的时候，必须指定数组的长度，他需要内存在编译时分配

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知道，那数组的编译开辟空间的方式就不能满足了

​

这时候就只能使用动态内存开辟了！

二、动态内存分配函数的介绍

头文件：#include <stdlib.h>

1、malloc-动态内存开辟

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，并返回指向这个空间的指针，size为需要开辟空间的字节数

​

实例：

int main() {
//动态地址分配
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));

return 0;
}

要点：

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行强制转换

4、如果参数size 为0，malloc的行为是标准时未定义的，取决于编译器

2、free-释放动态内存

C语言提供了另一个函数free，专门用来做动态内存的释放和回收，函数原型如下：

​​void free (void* ptr)​​

free函数用来释放动态开辟的内存

​

实例：

要点：

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是指向NULL指针，则函数什么都不会做

3、为了防止在free释放内存空间后，紧接着访问内存空间带来的错误，需要在free后，将指针指向NULL

（ptr=NULL;）

3、calloc-动态地址分配（初始化）

C语言还提供了一个函数叫calloc，calloc函数也可用来动态地址分配，原型如下：

​​void* calloc(size_t num，size_t size);​​

​

实例：

要点：

1、函数的功能就是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,

4、realloc-动态内存大小调整

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。

有时候我们发现过去申请的空间太小了，或者太大了，那为了合理的使用内存，我们一定会对内存大小做灵活的调整。realloc函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整。

​

函数原型如下：

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

​

实例：

要点：

1、ptr是要调整的内存地址

2、size是调整后的新大小

3、返回值为调整之后的内存起始地址

4、这个函数在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：原有空间之后的空间不够大

情况1：

当是情况1的时候，要扩展内存就直接在原有内存上直接追加空间，原有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。这样函数返回的是个新的内存地址

三、常见的动态内存错误

1、对NUUL指针的解引用操作

int main() {

//动态地址分配
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
*p = 20;  //如果p = NULL,则为非法访问内存
free(p);
p = NULL;
}

原因：

malloc（）申请一块动态地址可能申请失败，失败返回NULL

2、对动态开辟的空间的越界访问

int main() {
//动态地址分配
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (p == NULL) {
return 0;
  }
int i = 0;
//for循环，i的越界
for (i = 0; i < 40;i++) {
*(p + i) = i;
  }

free(p);
p = NULL;
}

3、对非动态开辟的内存使用free释放

int main() {
int arr[] = { 0 };  //栈区
int* p = arr;

//释放
free(p);
p = NULL;
}

4、使用free释放一块动态开辟内存的一部分

int main() {
//动态地址分配
int* p = (int*)malloc(10);
if (p == NULL) {
return 0;
  }
int i = 0;
//for循环，i的越界
for (i = 0; i < 5;i++) {
*p ++  = i;
  }

free(p);
p = NULL;
}

5、对同一块动态开辟的空间，多次释放

int main(){
int* p = (int*)malloc(100);
//使用
//释放
free(p);
//再释放
free(p);

return 0;
}

避免方法：释放后，将p置为NULL；

6、动态开辟的空间，没有释放（内存泄漏）

void test() {
int* p = (int*)malloc(100);
if (p = NULL) {
return 0;
  }
}

int main() {

test();

return 0;
}

动态开辟的空间有2种回收方式：

1、主动free()

2、程序结束

当，忘记释放后，程序一直开着，就会存在内存泄漏

四、几个经典的笔试题

1、题目1

void getmemory(char* p){
p = (char*)malloc(100);
}

void test(void) {

char* str = NULL;
getmemory(str);
strcpy(str, "Hello");
printf(str);

}


int main() {
test();
return 0;
}

请问运用test（）后会有怎样的结果？

答：拷贝失败，没有释放，内存泄漏，引发异常，没有输出结果

题目解析：

1、str传给getmemory函数的时候是值传递，所以getmemory函数中的形参p是str的一份临时拷贝。在动态申请空间地址时，不会影响外面的str，所以getmemory函数返回之后，str依然是NULL，进而strcpy（）失败

​

2、当getmemory函数返回之后，形参p销毁，使得动态开辟的空间100字节存在内存泄漏，无法释放

代码修改：

1、返回开辟的空间地址

void test(void) {

char* str = NULL;
str = getmemory(str);
strcpy(str, "Hello");
printf(str);

free(str);
str = NULL;

}

int main() {
test();
return 0;
}

2、传递二级指针

void getmemory(char** p) {
*p = (char*)malloc(100);
}

void test(void) {

char* str = NULL;
getmemory(&str);
strcpy(str, "Hello");
printf(str);

free(str);
str = NULL;

}

int main() {
test();
return 0;
}

2、题目2

返回栈空间的问题

char* getmemory(void) {
char p[] = "Hello World";
return p;
}

void test(void) {

char* str = NULL;
str = getmemory(&str);
printf(str);

}

int main() {
test();
return 0;
}

运用test（）会输出什么？

答：p数组为局部变量，出函数后，数组空间释放，非法访问空间，输出乱码

题目解析：

1、getmemory函数内部创建的数组是在栈空间的，出了函数，p数组的空间就换给了操作系统，返回的地址没有实际意义

2、如果通过返回的地址去访问内存，就是非法访问

程序内存分配：

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循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。

五、柔性函数

也许你从来没有听说过柔性数组这个概念，但是它确实是存在的，c99中，结构体中的最后一个元素允许是未知的数组，这叫做柔性数组成员

typedef struct st_type{
int i;
int a[0];  
}type_a

有些编译器可能会报错，可以改写成：​

typedef struct st_type{
int i;
int a[0];  
//或 int a[];

}type_a

这两种都是未知的，是柔性数组

1、柔性数组的特点

1、结构体中的柔性数组成员前面必须至少有一个其他成员。

2、sizeof（）返回的这种结构的大小不包括柔性数组的内存。

3、包含柔性数组成员的结构用malloc（）函数进行内存动态分配，并且分配的内存应该大于结构体的大小，以适应柔性数组的预期大小

​

例如：

2、

3、

2、柔性数组的使用

柔性数组空间增加

使用realloc（）增加空间

3、柔性数组的优势

好处1、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绍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。

​

好处2、有利于提升访问速度

连续的内存有益于提高访问速度，也有益于减少内存碎片（个人认为，不会提升多少，反正都需要用做偏移量的加法来寻址）

喜欢就点赞收藏吧~~~