动态内存管理

为什么存在动态内存分配

我们到现在为止掌握的是什么样的内存开辟方式呢

//创建一个变量
int val = 20;    //局部变量  在栈空间中开辟4个字节
int g_val = 10;  //全局变量  在静态区中开辟4个字节
//创建一个数组
char arr[10] = {0}; //局部区域 在栈空间中开辟10个字节连续的空间
char g_arr[5] = {0};//全局区域 在静态区空间中开辟5个字节的连续空间

但是上述的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能知道，那数组的编译时开辟空间的方式就不能满足了。 这时候就只能试试动态内存开辟了。

c99是支持变长数组的，但现在很多编译器就不支持c99，连vs都不支持，所以就有动态内存的概念

动态内存函数的介绍

malloc申请空间和free释放空间

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的行为是标准未定义的，取决于编译器。

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

int main()
{
	//向内存申请10个整形的空间
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		//把开辟失败的信息打印出来
		printf("%s",strerror(errno));
	}
	else
	{
		//正常使用空间
		int i = 0;
		for (i = 0; i < 10; i++)
		{
			*(p + i) = i;//在找下标为i的元素
		}
		for (i = 0; i < 10; i++)//再把每个元素打印出来
		{
			printf("%d ", *(p + i));
		}
	}
	return 0;
}

那我们可不可以看开辟失败的呢

我们可以用INT_MAX（他是整形最大），一个超级大的数字

有借有还 free释放内存

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。

注意

malloc和free是成对使用的，谁开辟谁释放

calloc申请内存

在内存中开辟一个数组，把元素都改成零

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

realloc调整动态内存的大小

当然我们可以申请空间，但会不会遇到申请的空间不够了，想要增加一些些，大了想要去掉一些些

realloc使用的注意事项

1.如果p指向的空间之后有足够的内存空间可以追加，则直接追加，后返回p

2.如果p指向的空间之后没有足够的内存空间可以追加，则realloc函数会重新找一块新的内存区域，开辟一块满足需求的空间，并且把原来的内存中的数据拷贝回来，释放旧的内存空间，最后返回新开辟的内存空间地址

3.但也有一个大问题，就是开辟INT_MAX，用新的变量ptr来接收realloc返回值

当然realloc也可以直接开辟空间

常见的动态内存错误

1.对NULL指针的解引用操作

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

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);//没成功就会有大问题
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

所以为了防止没有开辟动态内存成功就需要做个判断

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* p = (int*)malloc(5*sizeof(int));
	if (p == NULL)//这里我的确判断有没有开辟成功了
	{
		printf("%s", strerror(errno));
	}
	else
	{
		int i = 0;
		for (i = 0; i < 10; i++)//但是我这里访问10个整型的空间
		{
			*(p + i) = i;
		}
	}	
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

3.对非动态开辟内存使用free释放

int main()
{
	int a = 0;
	int* p = &a;
	*p = 20;
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

4.使用free释放一块动态内存开辟的一部分

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		return 0;//如果是空指针就直接返回，不干了
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*p++ = i;//这个++就是bug的地方
	}
	//回收空间
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

只要p不是指向申请的空间的首地址，其他地方都是错的

5.对同一块动态内存多次释放

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

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		return 0;
	}
	//使用
	//释放
	free(p);
	//...
	free(p);
	return 0;
}

6.动态开辟内存忘记释放(内存泄漏)

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

int main()
{
	while (1)
	{
		malloc(100);
	}
	return 0;
}

几个面试题

题目1

void GetMemory(char* p)
{
	p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(str);
	strcpy(str,"hello world");
	printf(str);//这个写法和printf("%s",str);是一样的
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

问运行Test函数会有什么样的结果

修改正确

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

void GetMemory(char* *p)
{
	*p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(&str);
	strcpy(str,"hello world");	
	printf(str);//这个写法和printf("%s",str);是一样的
	free(str);//用完就释放
	str = NULL;
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

题目2

char* GetMemory(void)
{
	char p[] = "hello world";
	return p;
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	str = GetMemory();
	printf(str);
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

请问运行Test 函数会有什么样的结果

输出随机值

修改正确

既然是p被销毁了，那我们让他不销毁就可以了延长它的生命周期用static

char* GetMemory(void)
{
	static char p[] = "hello world";
	return p;
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	str = GetMemory();
	printf(str);
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

题目3

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

这题基本和第一题一样，不过这题就只有内存泄漏的错误

修改正确

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
void GetMemory(char** p, int num)
{
	*p = (char*)malloc(num);
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(&str, 100);
	strcpy(str, "hello");
	printf(str);
	free(str);//用完就释放，防止内存泄漏
	str = NULL;
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

题目4

void Test(void)
{
	char* str = (char*)malloc(100);
	strcpy(str, "hello");
	free(str);
	if (str != NULL)
	{
		strcpy(str, "world");
		printf(str);
	}
}

问题非常大的打印出结果

修改正确

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

void Test(void)
{
	char* str = (char*)malloc(100);
	strcpy(str, "hello");
	free(str);//这里考查的是free释放后并没有使str为NULL，所以下面if判断就没有作用，如果使他有作用就让str为NULL
	str = NULL;
	if (str != NULL)
	{
		strcpy(str, "world");
		printf(str);
	}
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

这道题真正目的就是让你什么都不打印

C/C++程序的内存开辟

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。