【C进阶】动态内存管理

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free
	ret = NULL;
	return 0;
}

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