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玩转C语言之动态内存管理_/少司命的博客

21 人参与  2022年01月10日 08:53  分类 : 《资源分享》  评论

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一，为什么需要动态内存分配？

1，传统数组的缺点:

2，为什么需要动态内存分配？

二，动态内存函数的介绍

1,malloc和free

2,calloc

3,realloc

三，常见的动态内存错误

1，对NULL指针的解引用操作

2，对动态开辟空间的越界访问

3，对非动态开辟内存使用free释放

4，使用free释放一块动态开辟内存的一部分

5，对同一块动态内存多次释放

 6，动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

四，总结

一，为什么需要动态内存分配？

1，传统数组的缺点:

数组的长度必须实现预定，且是常整数，不能是变量。

传统形式定义的数组，该数组内存程序员无法手动释放，在一个函数运行期间，系统为该函数中的数组所分配的空间会一直存在，直到该函数运行完毕，数组的空间才会被系统释放。

数组的长度不能在函数程序运行的过程中动态的扩充或缩小（长度定义之后就不能变化）。

int mian()
{
	//开辟空间死板
	int n = 0; //4byte
	int arr[10];//40byte
	return 0;
}

我们已经掌握的内存开辟方式有：

int val = 20;//在栈空间上开辟四个字节
char arr[10] = {0};//在栈空间上开辟10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。

2，为什么需要动态内存分配？

首先让我们熟悉一下计算机的内存吧！在计算机的系统中有四个内存区域：

1)栈区：在栈里面储存一些我们定义的局部变量以及形参（形式参数）；

2)字符常量区：主要是储存一些字符常量，比如：char *p_str=”cgat”;其中”cgat”就储存在字符常量区里面； 

3)全局区(静态区)：在全局区里储存一些全局变量和静态变量；

4)堆区：堆主要是通过动态分配的储存空间，也就是我们接下需要讲的动态分配内存空间。

 

int *p； 我们定义了一个指向int类型的指针p；p是用来储存一个地址的值的，我们之所以要为p这个变量分配空间是让它有一个明确的指向，打个比方吧！你现在做好了一个指向方向的路标，但是你并没有让这个路标指向一个确切的方位，也就是说现在的这个路标是瞎指向的，这样我们就不能够通过它来明确到底哪里是东，哪里是西，何为北，何为南了。虽然我们在计算机的内存里定义了一个指针变量，但是我们并没有让这个变量指示一个确切int类型变量的地址，所以我们就必须要让它有一个明确的指示方向。这样我们就要通过动态分配内存的方式来认为的规定它的方向！我们在刚刚接触指针的时候遇到过这样的情况，int *p；p=&a;这种方法不是指针的动态分配内存，这个叫做指针变量的初始化！初始化同样也可以让指针变量有方向可指。
int *p；p=malloc(n*sizeof(类型名称))；我们通过malloc（）函数为一个指针变量p分配了地址，这样我们从键盘上键入的值就这样存储在p里面了，接下来我们就可以对这个p进行具体的操作了，比如scanf（“%s”，p）等等。当我们对p结束操作的时候还要释放p的内存空间。

二，动态内存函数的介绍

1，malloc和free

 

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。

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，则返回一个NULL指针，因此malloc的返回值一定要做检查。

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。

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。

C语言提供了另外一个函数free，专门是用来做动态内存的释放和回收的，函数原型如下：

void free (void* ptr);

free函数用来释放动态开辟的内存。

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。

如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做。

//动态内存分配
//malloc 和 free成对出现
int main()
{
	//申请空间
	int* p = (int *)malloc(40);//方便管理

	if (p != NULL)
	{
		return -1;
	}
	//开辟成功
	int i = 0;
	//初始化数组元素
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	//释放空间
	free(p);//把P的内存空间还给系统
	p = NULL;//free不会把p置空
	return 0;
}

malloc和free都声明在 stdlib.h 头文件中。 举个例子：

#include <stdio.h>
int main()
{
 //代码1
 int num = 0;
 scanf("%d", &num);
 int arr[num] = {0};
 //代码2
 int* ptr = NULL;
 ptr = (int*)malloc(num*sizeof(int));
 if(NULL != ptr)//判断ptr指针是否为空
 {
 int i = 0;
 for(i=0; i<num; i++)
 {
 *(ptr+i) = 0；
 }
 }
 free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存
 ptr = NULL;//是否有必要？
 return 0;
}

2,calloc

C语言还提供了一个函数叫 calloc ， calloc 函数也用来动态内存分配。原型如下：

void* calloc (size_t num, size_t size);

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。 举个例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int* p = calloc(10, sizeof(int));
	if (NULL != p)
	{
		//使用空间
	}
    free(p);
    p = NULL;
    return 0;
}

malloc只负责在堆区申请空间，返回起始地址，不初始化内存空间
calloc函数在堆区申请空间，初始化为0，返回起始地址

//初始化用calloc
int *p = calloc(100000000000, sizeof(int));开辟空间失败
#include<string.h>
#include<errno.h>
int main()
{
	int *p = calloc(10, sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return -1;//
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + 1));
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

3,realloc

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。 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。 函数原型 如下：

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

ptr 是要调整的内存地址

size 调整之后新大小

返回值为调整之后的内存起始位置。

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 } free(p); p = NULL; return 0; } void* realloc (void* ptr, size_t size); 

情况2：原有空间之后没有足够大的空间

当是情况1 的时候，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。 情况2 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。 由于上述的两种情况，realloc函数的使用就要注意一些。 举个例子：

#include <stdio.h>
int main()
{
 int *ptr = malloc(100);
 if(ptr != NULL)
 {
     //业务处理
 }
 else
 {
     exit(EXIT_FAILURE);    
 }
 //扩展容量
 //代码1
 ptr = realloc(ptr, 1000);//这样可以吗？(如果申请失败会如何？)
 
 //代码2
 int*p = NULL;
 p = realloc(ptr, 1000);
 if(p != NULL)
 {
 ptr = p;
 }
 //业务处理
 free(ptr);
 return 0;
}

增加空间；
p = realloc(p, 20 * sizeof(int));
追加空间；
空间足够，扩大空间，还回旧地址；
空间不够。另外开辟空间，返回新地址；增加容量，可能会失败，返回NULL；


int main()
{
	//申请10个内存空间
	int* p = calloc(10, sizeof(int));
	//if (p == NULL)
	//{
	//	printf("%s\n", strerror(errno));
	//	return -1;//
	//}
	int i = 0;
	/*for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + 1));
	}*/
	//增加空间
	 p = realloc(p, 20 * sizeof(int));
	//追加空间
	//空间足够，扩大空间，还回旧地址
	//空间不够。另外开辟空间，返回新地址
	//增加容量，可能会失败，返回NULL
	 int *ptr = (int*)realloc(p, 20 * sizeof(int));
	 if (ptr != NULL)
	 {
		 p = NULL;
	 }
	 for (i = 10; i < 20; i++)
	 {
		 *(p + i) = i;
	 }
	 for (i = 0; i < 20; i++)
	 {
		 printf("%d ", *(p + i));
	 }
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

三，常见的动态内存错误

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);
}
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(20);
	if (p == NULL)
	{
		return -1;
	}
	*p = 0;//代码有风险，如果开辟失败，NULL赋值给0
	return 0;
}

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);
}

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(200);
	if (p == NULL)
	{
		return -1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 80; i++)
	{
		*(p + i) = i;

	}
	for (i = 0; i < 80; i++)
	{
		printf("%d \n", *(p + i));
		//F5
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

按F5调试，出现错误

 3，对非动态开辟内存使用free释放

void test()
{
 int a = 10;
 int *p = &a;
 free(p);//ok?
}

 4，使用free释放一块动态开辟内存的一部分

void test()
{
 int *p = (int *)malloc(100);
 p++;
 free(p);//p不再指向动态内存的起始位置
}

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	if (p == NULL)
	{
		return -1;
	}
	//p不再指向动态内存的起始位置
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		*p++ = i;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

5，对同一块动态内存多次释放

oid test()
{
 int *p = (int *)malloc(100);
 free(p);
 free(p);//重复释放
}
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	if (p == NULL)
	{
		return -1;
	}
	//free(p);
	//free(p);//重复释放
	free(p);

	free(p);

	return 0;
}

 正确处理

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	if (p == NULL)
	{
		return -1;
	}
	//free(p);
	//free(p);//重复释放
	free(p);
	p = NULL;
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

 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);
}
int main()
{
	int *p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
		return -1;
	//使用
	//忘记释放了
	getchar();
	return 0;
}
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
		return -1;
	//使用
	//释放
	free(p);
	//p就是一个野指针
	p = NULL;
	//p就是NULL，不是野指针
	return 0;
}

四，总结

如果你已经读到这里了，求赞求评论求收藏，你的三连是我进步的最大动力，Thanks，爱你


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