动态内存管理以及常见错误

存在的意义

我们的内存开辟方式主要是：

int a=0;//开辟4字节的空间
int arr[5]={
    
    0};//开辟20字节的空间

这样开辟存在着几个问题：
由于变量开辟是在内存中的栈中，空间比较有限。
只能开辟固定的内存空间，不方便后续调整。
在特定的场景下我们并不能获取需要开辟的内存大小。

所以我们有动态开辟空间来解决一些特定情景下的问题。

1.不能确定需要的内存大小，或者是一个变化的内存大小
2.可以开辟较大的空间来操作（动态开辟的内存空间在内存堆上，空间大于变量所在的栈空间）
3.不过虽然很好，但是动态开辟的内存空间需要我们申请的人主动释放，否则会造成严重的内存泄漏。

内存泄漏可以说是一个很致命的问题，尤其是在一些连续运行的地方，如服务器代码。严重的会导致服务器瘫痪。

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。

相关函数

1.malloc

C语言提供了一个动态内存开辟的函数：

void* malloc（size_t  size）；
//size是指开辟空间的字节数

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，则返回一个指向所开辟空间的指针。失败返回NULL；
2.返回值泛型，所以我们可以自己决定。
3.如果参数 size 为0，malloc的行为是标准是未定义的.

我们一般使用malloc的这样用：

int* arr=(int*)malloc(4);

int a[5]={
    
    0};
char* arr1=(char*)malloc(sizeof(int)*5);
//malloc搭配sizeof更方便
//malloc一般使用是带一个强制类型转换

2.free

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*arr）;

要点：

free函数用来释放动态开辟的内存。
1.如果参数 arr 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 arr 是NULL指针，则函数什么事都不做。

int* arr=(int*)malloc(4);
free(arr);

int a[5]={
    
    0};
char* arr1=(char*)malloc(sizeof(int)*5);
free(arr1);

3.calloc

他和malloc一样都是开辟堆内存，只不过他会将开辟的空间全部初始化为0；
他和malloc的形参有不同之处，需要注意。

void* calloc (size_t num, size_t size);
//开辟num个大小为size字节的空间

1.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。
2.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

int *arr = calloc(10, sizeof(int));
free(arr);
//不用的时候就一定要free掉内存，虽然我们的代码很短，
//在程序结束自动释放，但是大项目就不一定了。

4.realloc

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。
他可以改变我们申请的堆空间大小。

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。

int *arr = calloc(10, sizeof(int));
int *p=realloc(arr,20);
free(p);
//将calloc出来的40字节变成了20字节

注意：
realloc改变空间大小会出现两种情况：
1.空间起始位置不变（原有空间足够大）

2.起始位置改变

常见错误

1.没有判空

INT_MAX是一个宏定义，代表我们可以向操作系统申请内存空间的最大值，正常情况下无法完成，所以说malloc返回了NULL，而我们对于空指针解引用，属于未定义行为。

void test(){
    
    
int *p = (int *)malloc(INT_MAX);
*p = 10;
free(p);
}

2.越界

越界属于未定义行为。不管是动态开辟还是栈空间的变量，都不可以越界访问。

int* arr=(int *)malloc(sizeof(int)*4);
for(int i=0;i<=4;i++){
    
    
	*(p+i)=1;
}

3.非动态开辟free

free仅支持动态开辟的内存，否则会报错

int arr[5]={
    
    0};
free(arr);

4.未完全释放

未完全释放，造成内存泄漏

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

5.重复释放

这个重复释放内存空间属于未定义行为。

int *arr = calloc(10, sizeof(int));
int *p=realloc(arr,20);
free(p);
free(arr);

6.没有释放空间

动态开辟的内存空间，不用的时候一定要释放。

int* p=(int*)malloc(12);