进阶C语言——动态内存管理

好久不见，今天我们学习一下C语言的动态内存管理，这是一个和指针一样重要的章节，所以大家一定要好好学这章。

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[10] = {
    
    0};//在栈空间上开辟大小为十个字节大小的内存，并且他们是连续的

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存开辟空间了

2. 动态内存函数的介绍

malloc

void* malloc (size_t size);
那让我们先来了解一下这个函数的返回值和参数吧

他的返回值是开辟动态内存空间的首地址，如果没有开辟成功就返回空指针
参数就是字节大小，比如我们要开辟十个整型，那一个整型的大小是4字节，我们就要写40字节来开辟

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。
• 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。

同样我们开辟空间有malloc，那我们释放空间就可以用free

这个函数就是来释放我们用malloc这写开辟内存空间的函数开辟的空间的，就是他们必须要连着用，否则会出现内存泄漏的问题，这样我们的内存会一点一点的被用完。

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。

那我们用一个例子来实现一下这两个函数怎么使用
他们的头文件是<stdlib.h>

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
    
    
	int arr[10] = {
    
    0};//这是在栈上开辟的空间
	int* ptr = (int*)malloc(40);//开辟十个整型
	//在内存上开辟
	if (ptr == NULL)
	{
    
    
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
    
    
		*(ptr + i) = i;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
    
    
		printf("%d ", *(ptr + i));
	}
	//使用完之后释放
	free(ptr);
	ptr = NULL;
	//我们要把它变成空指针，要不然可能就会变成野指针
	return 0;
}

我们的动态内存开辟的时候是在堆区开辟，栈区开辟的是局部变量和临时变量，出栈就会销毁，所以我们不用free释放，还有我们的静态区，他呢是存放我们的全局变量和静态变量的。

给大家在举个例子来说明free的重要性，这个例子帮助大家更好的理解
比如在生活中，一个男同学和一个女同学关系特别好，在不久之后他们成为情侣，但是因为一些不愉快的事，他们分手了（free），但是男同学执迷不悟，他是个舔狗，还是记得女同学的电话，还时不时骚扰女同学，他们已经断绝关系了，这时候小编（NULL）给男同学（就是这个地址）当头一棒，让它失意，忘记这个电话，那他就不能骚扰人家女同学了。

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);

函数中第一个参数是开辟几个元素，第二个参数是每个元素的大小，其实他和malloc差不多，只是我们用calloc的时候会将我们开辟内容初始化0，

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
    
    
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
    
    
		perror("CALLOC");
		return 1;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

• 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。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
    
    
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
    
    
		perror("Calloc");
		return 1;
	}
	int i = 0;
	
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
    
    
		printf("%d ", *(p+i));
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

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
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。

但是我们这个开辟不成功的时候返回值和上面两个不同情况会有所不同

• 情况1：原有空间之后有足够大的空间
• 情况2：原有空间之后没有足够大的空间
• 情况3：返回空指针，这个是没有开辟成功

这里主要讲一下情况2，因为realloc是增加内存空间，比如我们的malloc开辟十个整型，但是现在我们需要20个，那我们就可以写成(int*)realloc(p,80),但是开辟的时候会出现问题，如果后面的空间不够，他就无法开辟，那我们要找新位置开辟，继续在堆区寻找一个位置开辟，此时我们返回的地址就不是原来的，是一个新地址。

那我们看个代码，来看看他怎么使用

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
    
    
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
    
    
		perror("Malloc");
		return 1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
    
    
		*(p + i) = i;
	}
	
	int* tmp = (int*)realloc(p, 80);
	if (tmp == NULL)
	{
    
    
		perror("Realloc");
		return 1;
	}
	else
	{
    
    
		p = tmp;
	}
	for (i = 0; i < 20; i++)
	{
    
    
		*(p + i) = i;
	}
	for (i = 0; i < 20; i++)
	{
    
    
		printf("%d ", p[i]);
	}
	free(p);
	p = NULL;
	free(tmp);
	p = NULL;
	return 0;
}

3.1 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);
}

就比如这里我们就要对p进行判断，看看是不是空指针，如果是空指针的话就会有问题，属于非法访问

解决方法：对p进行非空判断

3.2 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)
 {
    
    
    return 1;
 }
 for(i=0; i<=10; i++)
 {
    
    
 *(p+i) = i;//当i是10的时候越界访问
 }
 free(p);
}

所以我们在写完要进行判断我们的访问范围是不是越界了

3.3 对非动态开辟内存使用free释放

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

我们这是在栈上开辟的，不需要我们进行释放，操作系统会自动销毁

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
}

这一类问题很常见，我们改变初始位置，那我们就不能完全释放，所以我们必须从我们创造这个动态内存的起始位置开始释放
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
}

所以我们在每次释放后要将他改成空指针

3.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

我们在写完代码的时候忘记释放，就会导致内存泄漏

void test()
{
    
    
 int *p = (int *)malloc(100);
 if(NULL != p)
 {
    
    
 *p = 20;
 }
}
int main()
{
    
    
 test();
 while(1);
}

解决方法，free（释放）并置为空指针

今天的分享就到这里，下一期我们分享几个笔试题