动态内存管理

是小刘同学啦 2024-01-04 原文

励志环节

不要躺平去发光

重点

（1）为什么存在动态内存分配（2）动态内存函数的介绍 molloc free calloc realloc （3）常见的动态内存错误（4）题目（5）柔型数组

一为什么存在动态内存分配

int a = 4; int arr[40] = { 0 };

上面的内存开辟（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，对空间的需求，不仅仅是上述的情况，需要的空间大小在运行的时候才能知道，可能有的空间比较多，有的需要的空间不足，这个时候就需要动态内存分配了。

动态内存分配在堆区

二动态内存函数的介绍

在malloc、calloc、realloc创建的空间需要释放

2.1 malloc和free

这两个函数的头文件是<stdlib.h>

malloc

这是一个动态内存开辟的函数

void* malloc ( size_t size );

size_t size 单位是字节，因为不知道开辟的空间是什么类型的，所以直接用字节数来表示

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）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

这是一个动态内存的开辟和回收的函数

void free ( void* ptr );

free 函数用来释放动态开辟的内存。

（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。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h> //strerror函数头文件
#include <errno.h>  //errno这个变量头文件

int main()
{
	//开辟10个整形的空间int arr[10];
	int* p = (int*)malloc(40);//malloc返回的是void*
	//如果开辟失败，返回的是一个空指针，所以要先检查，后使用
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));//字符串
		return 0;
	}

	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + 1) = i;
		printf("%d ", *(p + 1));
	}

	//释放这份空间,还给操作系统
	free(p);
	//但是p还是保存的这个地址，就变成了野指针，
	p = NULL;//就可以防止野指针这种操作
	return 0;
}

提示：野指针成因之一：指针指向的空间释放（在C语言初阶专栏的初阶指针知识点的文章中有详细写到野指针成因）http://t.csdn.cn/nr6EZ（文章链接）

2.2 calloc

头文件是<stdlib.h>

calloc 函数也用来动态内存分配

void* calloc ( size_t num , size_t size );

num元素个数 size每个元素的大小例如： calloc（10，sizeof（int））

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 。

增容失败，返回空指针。

2.3 realloc

头文件是<stdlib.h>

（1）realloc 函数的出现让动态内存管理更加灵活。

（2）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。

（1）原有的空间后面的空间足够，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。

（2）原有的空间后面的空间不够，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。

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h> //strerror函数头文件
#include <errno.h>  //errno这个变量头文件

int main()
{
	//开辟10个整形的空间int arr[10];
	int* p = (int*)malloc(40);//malloc返回的是void*
	//如果开辟失败，返回的是一个空指针，所以要先检查，后使用
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));//字符串
		return 0;
	}
	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + 1) = i;
		printf("%d ", *(p + 1));
	}
	//增容
	int* ptr = (int*)realloc(p, 80);
	if (ptr != NULL)
	{
		p = ptr;
		ptr = NULL;//因为这个地址，后面会被释放
	}


	//释放这份空间,还给操作系统
	free(p);
	//但是p还是保存的这个地址，就变成了野指针，
	//野指针成因之一：指针指向的空间释放（在C语言初阶专栏的初阶指针知识点的文章中有详细写到野指针成因）
	p = NULL;
	return 0;
}

这个函数也会出现增容失败的时候。（返回空指针，意思空间被释放，会导致原来的空间也被释放）（所以不能把返回的指针直接放在原来的指针变量里，应该再定义一个指针变量存放返回地址，先判断是否是空指针（增容失败），不是空指针，再赋值给p）

realloc（NULL，40），就和malloc一样了

三常见的动态内存错误

3.1 对NULL指针的解引用

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);
}

应该先判断是否为空指针

3.2 对动态开辟空间的越界访问

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


int main()
{
	int i = 0;
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (NULL == p)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
	}
	for (i = 0; i <= 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;//当i是10的时候越界访问
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

不可以越界访问

3.3 对非动态开辟内存使用free释放

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main()
{
	int a = 10;
	int* p = &a;
	free(p);//非动态开辟，不可以释放
	return 0;
}

3.4 使用free释放一块动态开启内存的一部分

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

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 0;
	}
 
	p++;
	free(p);//p不再指向动态内存的起始位置,不能释放
	return 0;
}

3.5 对同一块动态内存多次释放

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	free(p);
	free(p);//重复释放
	return 0;
}

不可以重复释放（当把p赋值为空指针后再释放是可以的）

3.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

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


void test()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	if (NULL != p)
	{
		*p = 20;
	}
	//记得要释放
}
int main()
{
	test();
	//在这里释放不可以
	return 0;
}

//或者把函数返回值改为int*,在主函数接收一下，这样就可以在主函数释放
//总而言之,要释放，这块内存要释放

忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄漏。

记得释放，也要正确释放。

四经典题目

（1）

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

void GetMemory(char* p)
{
	p = (char*)malloc(100);
	//没有释放
	//并没有返回任何值，也没有改变str的值

}

void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(str);
	strcpy(str, "hello world");
	//常量字符串传递的是h的地址，所以是正确的
	//str是空指针，在这里非法访问，程序会崩溃
	printf(str);//这个写法是可以的，但是程序崩溃无法运行到这里
}

int main()

{
	Test();
	return 0;
}

运行结果：程序崩溃

（2）

#include <stdio.h>

char* GetMemory(void)
{
	char p[] = "hello world";
	return p;
}
//出了这个子函数，地址所指向空间被回收
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	str = GetMemory();//没有这块地址的使用权，所以地址里内容不确定
	printf(str);
}

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

（3）

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

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

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

（4）

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

void Test(void)
{
	char* str = (char*)malloc(100);
	strcpy(str, "hello");
	free(str);//空间释放后，要赋值为空指针
	if (str != NULL)
	{
		strcpy(str, "world");//非法访问（空间被释放，还给操作系统，没有使用的权利，如果使用，就是非法访问）
		printf(str);
	}
}

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

五 C/C++程序的内存开辟

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。

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。

六柔性数组

C99里，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。

写法一：

struct S1
{
	int n;
	int arr[0];//大小是未指定的，并不是0
};

写法二

struct S2
{
	int n;
	int arr[];
};

6.1 柔性数组的特点

（1）结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。

（2）sizeof 返回的这种结构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。

代码一：

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

struct S2
{
	int n;
	int arr[];
};

int main()
{
	struct S2* ps = (struct S2*)malloc(sizeof(struct S2) + 40);
	ps->n = 100;
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		ps->arr[i] = i;
	}
	//增容
	struct S2* ptr = (struct S2*)realloc(ps, sizeof(struct S2) + 80);
	if (ptr == NULL)
	{
		return 0;
	}
	else
	{
		ps = ptr;
	}

	free(ps);
	ps = NULL;

	return 0;
}

6.2 柔性数组的优势

代码二：

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

struct S2
{
	int n;
	int* arr;
};

int main()
{
	struct S2* ps = (struct S2*)malloc(sizeof(struct S2));
	ps->n = 100;
	ps->arr = (int*)molloc(40);
	//增容
	free(ps->arr);
	ps->arr = NULL;
	free(ps);
	ps = NULL;

	free(ps);
	ps = NULL;

	return 0;
}

代码一相对于来说比较好：（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。（2）这样有利于访问速度. 连续的内存有益于提高访问速度，也有益于减少内存碎片。

（代码二：开辟和释放的次数多，容易出错；容易形成内存碎片）

动态内存 span style color c语言

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