【C进阶】动态内存管理（1）

目录

1、为什么存在动态内存分配

2、动态内存函数介绍

      2.1、malloc和free

      2.2、calloc

      2.3、realloc

3、常见的动态内存错误

      3.1、对NULL指针的解引用操作

      3.2、对动态开辟空间的越界访问

      3.3、对非动态开辟内存使用free释放

      3.4、使用free释放一块动态开辟内存的一部分

      3.5、对同一块动态内存多次释放

      3.6、动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

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1、为什么存在动态内存分配

• 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[1000] = {0};//在栈空间上开辟1000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。比如说上述代码中char类型定义的1000个字节大小，如若实际只需要10个字节大小，则剩余990字节大小浪费，如需要更大的比如2000字节的那就不够了，真众口难调。

这时候就只能试试动态存开辟了。

• 回顾下动态内存开辟的空间分配：

2、动态内存函数介绍

2.1、malloc和free

• malloc:

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
4. 来决定。
5. 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。

• 注意：使用malloc函数要引用头文件#include<stdlib.h>
• 例如：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
int main()
{
	//开辟10个整型的空间
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (NULL == p)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 0;
	}
	// 使用……

	//释放
	return 0;
}

• 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* ptr);

• 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。

• malloc和free都声明在 stdlib.h 头文件中。
• 例如上述代码中有释放和使用环节，将所有代码完善如下：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
int main()
{
	//开辟10个整型的空间
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (NULL == p)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 0;
	}
	// 使用……
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
	//释放
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

、

2.2、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);

• num表示元素的个数，size表示每个元素的大小。

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。

• 例如：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
int main()
{
	//开辟10个整型的空间
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (NULL == p)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 0;
	}
	// 使用……
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
	//释放
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

与mallo函数相比，malloc函数的效率更高一些，malloc函数本身不具备初始化功能，直接返回地址。

2.3、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 是调整之后新大小
• 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：

1. 情况1：原有空间之后有足够大的空间 
2. 情况2：原有空间之后没有足够大的空间

•  情况1

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54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。例如：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
int main()
{
	//开辟10个整型的空间
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (NULL == p)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 0;
	}
	// 使用……
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
	//需要增容
	int* ptr = (int*)realloc(p, 80);
	if (NULL != ptr)
	{
		p = ptr;
	}
	//释放
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

3、常见的动态内存错误

3.1、对NULL指针的解引用操作

#include<stdio.h>
#include<limits.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(INT_MAX);
	//INT_MAX:整型最大的值
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	//出问题，因为malloc开辟的空间过大，超过限制了，所以会返回一个控指针，此时p就是一个空指针
	return 0;
}

• 此时我们调试下看看p是否为空：

• 正确写法如下：应该判断p是否为空指针

#include<stdio.h>
#include<limits.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(INT_MAX);
	//INT_MAX:整型最大的值

    // 判断:
 	if (p == NULL)
		return 0;

	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	//出问题，因为malloc开辟的空间过大，超过限制了，所以会返回一个控指针，此时p就是一个空指针
	return 0;
}

3.2、对动态开辟空间的越界访问

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
int main()
{
	//申请10个字符的空间：
	char* p = (char*)malloc(10 * sizeof(char));
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 0;
	}
	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i <= 10; i++)
	{
		*(p + i) = 'a' + i; // i=10的时候越界访问
	}
	//释放
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

• 正确写法如下：

	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = 'a' + i;
	}

3.3、对非动态开辟内存使用free释放

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	int a = 10;
	int* p = &a;
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

3.4、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
}

3.5、对同一块动态内存多次释放

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

• 一块空间释放是不能再次释放的，但是将其赋为空指针是可以再次释放的，如下：

void test()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	free(p);
    p = NULL;
	free(p);//重复释放
}

3.6、动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
void test()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	if (p == NULL)
	{
		return 0;
	}
	//使用
	//……
	//忘记释放，就会出现内存泄露
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

• 忘记释放，就会出现内存泄露

1. 对于void类型无返回的函数来讲，释放需要在该函数内部进行，否则出了函数就找不到在哪了
2. 对于有返回值的函数来讲，可以在main函数里释放该返回值

总之，申请的空间就要释放