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【C语言】动态内存管理:malloc、calloc、realloc、free

12 人参与  2024年10月29日 14:00  分类 : 《我的小黑屋》  评论

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 本篇介绍一下C语言中的malloc/calloc/realloc。 使用这些函数需要包含头文件<stdlib.h>。malloc/calloc/realloc申请的空间都是 堆区的。

1.malloc和free

1.1 malloc

C语言提供了一个动态内存开辟的函数malloc,函数原型如下。

void* malloc(size_t size); //size的单位是字节

这个函数向内存申请一块连续可用的空间,并返回指向这款空间的指针。

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NULL,因此malloc的返回值一定要做检查。

返回值类型是void*,所以malloc函数并不知道开辟空间的类型,具体要在使用的时候自己来决定。要强制类型转换。

y如果参数size为0,malloc的行为是标准未定义的,取决于编译器。

 比如我们申请20个字节,用来存放整形。下面两种写法是一样的。

int* p0 = (int*)malloc(20);int* p1 = (int*)malloc(5 * sizeof(int));

然后检查一下返回值。

int* p0 = (int*)malloc(20);//检查返回值if (p0 == NULL) //申请失败{perror("malloc fail"); return 1;}

申请成功就可以使用空间了。当作数组使用就行。

 然后我们往里面存一些值进去

1.2 free

申请的空间不要了,还要手动换回去。C语言提供了另一个函数free,专门是用来做动态内存释放和回收的,函数原型如下。

void free(void* ptr);

free函数用来释放动态开辟内存。ptr传的是要释放的内存空间的起始地址。

如果参数ptr指向的空间不是动态开辟的,那么free的行为是未定义的。

如果参数ptr是NULL指针,则函数什么都不做。 

拿前面的p0举例,我们现在要释放它。

free(p0); //把空间还给操作系统

 

此时p0指针什么都没指,是个野指针,所以我们还要手动把p0置为NULL,这一步千万不能忘。

free(p0); //把空间还给操作系统p0 = NULL; //置空

 所以我们在使用申请的空间的时候,要记得记录起始位置指针,最好就是别改变起始位置指针的指向。

2.calloc和realloc

2.1 calloc

C语言还提供了一个函数叫做calloc,这个函数也是用来动态内存分配的,原型如下。

void* calloc(size_t num, size_t size);

 函数功能是为num个大小为size的元素开辟空间,并且把空间的每个元素初始化为0。

与malloc函数的区别只在于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。

比如我们想向内存申请5个整形的空间。

int* p1 = (int*)calloc(5, 4);int* p1 = (int*)calloc(5, sizeof(int)); //这样写也可以

同样的,要检查返回值。

int* p1 = (int*)calloc(5, sizeof(int));if (p1 == NULL){perror("calloc fail");return 1;}

我们通过调试看p的内存,发现都初始化为了0。 

 除了calloc能初始化,其他的和malloc没什么区别。

最后也是一样,不用了就free,并且把p1置空。

free(p1);p1 = NULL;

2.2 realloc

realloc的出现让动态内存管理更加灵活,它可以调整动态开辟内存的大小,函数原型如下。

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

ptr是要调整的内存地址,size是调整之后新的大小,返回值为调整之后的内存起始位置。

比如说我要把前面的p0申请的20个空间扩展到40个。有下面的两种情况。

情况一:直接在原来的基础上往后扩展就行,然后返回起始地址。 

情况二 :

        1.在内存里重新找一块区域,这块区域直接满足40个字节的需求。

        2.把原来的内容都拷贝在这个新内存里。

        3.释放旧空间。(realloc主动释放,不用自己手动释放)

        4.返回新的内存空间的起始地址。

情况三:新找的空间也不够,直接返回NULL。

所以我们在使用realloc的时候就不能直接像下面这样写。

int* p0 = (int*)malloc(20);if (p0 == NULL) {perror("malloc fail");return 1;}for (int i = 0; i < 5; i++){*(p0 + i) = i;}int* p0 = (int*)realloc(p0, 40); //错误写法

因为一旦扩容失败,返回NULL,把NULL放在p0里,不但没有调整空间,原来的数据也丢失了。所以不能直接用原来的指针直接接受扩容后的新地址,要先进行一个判断,如下。

int* newptr = (int*)realloc(p0, 40);//新指针接收if (newptr != NULL) //判断是否成功{p0 = newptr; //成功了再用原来的指针接管扩容后的空间}else //失败{    perror("realloc fail"); //...}

 不用了同样要free释放。

realloc函数的第一个参数如果传NULL指针的话,可以实现和malloc一样的功能。

realloc(NULL, 20); //== malloc(20);

3.常见的动态内存错误

3.1 对NULL指针解引用

void test1(){//INT_MAX是int最大值,此时空间开辟绝对是失败的int* p = (int*)malloc(INT_MAX); *p = 20;  //开辟空间失败返回NULL,不能对NULL解引用free(p);p = NULL;}

所以我们一定要判断malloc的返回值。 

3.2 对动态开辟的空间越界访问

void test2(){int i = 0;int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));if (p == NULL){return;}for (i = 0; i <= 10; i++){*(p + i) = i;  //当i为10时越界访问}free(p);p = NULL;}

malloc申请的空间和数组非常相似,不可以越界访问。

3.3 对非动态开辟的内存使用free释放

void test3(){int a = 10;int* p = &a;free(p);    p = NULL;}

不是动态开辟的空间不需要free,int的空间在栈上,也不在堆上,动态申请的才在堆区上。free只释放动态开辟的。

3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

void test4(){int* p = (int*)malloc(100);p++;free(p); //p此时不再指向起始位置p = NULL;}

free(ptr)我们前面说过ptr必须是起始位置。只释放一部分程序会出错崩溃。

3.5 对同一块内存多次释放

void test5(){int* p = malloc(100);free(p);free(p); //不可重复释放}

这种情况最好避免发生的方法就是free之后赶紧置空。

void test5(){int* p = malloc(100);free(p);p = NULL;free(p); //free空,什么都不发生}

 

3.6 动态开辟的内存忘记释放

void test6(){int* p = (int*)malloc(100);if (NULL != p){*p = 20;}}
int main(){test6();//出test6函数后p就销毁了,想释放现在也释放不了while (1);//程序死循环return 0;}

自己已经不用了,不释放不还给操作系统,别人也不能用,会发生内存泄漏问题。

但是我们不用free释放,程序运行结束的时候,也会由操作系统回收,如果程序一直不退出呢?所以最好别忘记释放。

本篇分享就到这里,拜拜~


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