【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

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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

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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;
}

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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

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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;
}

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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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本次内容就到此啦，欢迎评论区或者私信交流，觉得笔者写的还可以，或者自己有些许收获的，麻烦铁汁们动动小手，给俺来个一键三连，万分感谢 !