详解C语言—动态内存分配(二)

目录

前言：

几个经典的例题题

例一：

例二：

例三：

例四：

例五： 

 C/C++程序的内存开辟

柔性数组

柔性数组的特点：

柔性数组的使用: 

柔性数组的代替：

柔性数组的优势：

小结：

前言：

希望在复习完动态内存分配(一)，阅读此篇文章会进一步提升你的能力！

几个经典的例题题

例一：

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

int main()
{
	Test();
	return 0;
}

运行之后 没有结果，异常退出： 

我们在调试中可以看到程序发生异常。 

• 首先主函数调用Test函数，Test函数声明一个char*类型变量str对其赋值为NULL，
• 然后调用GetMemory函数，将str作为参数传入，形式参数p只是将实参str的值拷贝一份，两者是独立的，函数中对 p 动态分配空间100个字节空间，与str没有关系，所以调用GetMemory函数函数之后 str 还是空指针，
• strcpy的参数是指针类型，strcpy内部需要对指针类型参数进行解引用，                                              str作为参数造成对空指针进行解引用操作，形成对空指针的非法访问。

该程序会造成两个问题：

1. 对NULL指针进行了解引用操作，程序会崩溃。
2. 没有释放空间，造成内存泄漏问题。

因此我们做出以下修改： 

想要修改指针变量需要将指针变量的地址传入函数中，函数的参数用二级指针接收，这样在函数内部可以对其动态分配空间。

void GetMemory(char** p)
{
	*p = (char*)malloc(100);
}

void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(&str);
	strcpy(str, "hello world");
	printf(str);
	//释放
	free(str);
	str = NULL;
}

int main()
{
	Test();
	return 0;
}

 输出结果：

例二：

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

int main()
{
	Test();
	return 0;
}

输出结果： 

GetMemory函数中，p 储存了"hello world"首地址，返回为p，当GetMemory函数调用完后，虽然str获取到p储存的地址，但p的空间会被销毁，p变成了野指针，str获取到的就是野指针。相当于非法访问。

 如果在给p加上static声明 p 为静态变量，延长生命周期，就可以输出"hello world"。

例三：

int* test()
{
	int a = 10;
	return &a;
}

int main()
{
	int* p = test();
	printf("%d\n", *p);

	return 0;
}

输出结果：

调用test函数时 一旦test函数返回，变量a的空间不会立即被删除，但是它的生命周期结束，该内存空间可以被系统重用，也就是说，该内存空间可能会被分配给后续的函数调用或变量，该内存可能会被其他数据覆盖。

这次可能只是侥幸a的空间没有占用，如果在输出语句前再加上这样一条这样的输出语句，

printf("hehe");

a的空间就被占用了，输出结果将不再是 10 。

 输出结果：

例四：

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

int main()
{
	Test();
	return 0;
}

输出结果： 

看似没有问题，但还是存在唯一的问题——忘记释放内存。 

	free(str);
	str = NULL;

例五： 

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

int main()
{
	Test();
	return 0;
}

 free处理完str，str变成野指针，所以判断不为空，对其进行拷贝，但str指向的空间已被free回收了，再进行拷贝就造成非法访问内存。

其实用free在释放完，要及时将str即使赋值为NULL。

 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。

现在我们就可以更好的理解在static关键字修饰局部变量的例子了：

实际上普通的局部变量是在栈区分配空间的，栈区的特点是在上面创建的变量出了作用域就销毁。

但是被static修饰的变量存放在数据段（静态区），数据段的特点是在上面创建的变量，直到程序结束才销毁，所以生命周期变长。

柔性数组

也许你从来没有听说过柔性数组（flexible array）这个概念，但是它确实是存在的。

C99 中，结构中的最后一个元素允许是未知大小的数组，这就叫做『柔性数组』成员。

第一种编译器不支持那就用第二种。

struct s
{
	int n;
	int arr[];//柔性数组
};

struct s
{
	int n;
	int arr[0];//柔性数组
};

柔性数组的特点：

• 结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。
• sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。
• 包含柔性数组成员的结构用malloc ()函数进行内存的动态分配，并且分配的内存应该大于结构的大小，以适应柔性数组的预期大小。

柔性数组的使用: 

struct s
{
	int n;
	int arr[0];
};

int main()
{
	//printf("%d\n", sizeof(struct S));
	struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 40);
	if (ps == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	ps->n = 100;
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		ps->arr[i] = i + 1;
	}

	free(ps);
	ps = NULL;

	return 0;
}

 如需增容则加上realloc函数进行增容：

int main()
{
	//printf("%d\n", sizeof(struct S));
	struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 40);
	if (ps == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	ps->n = 100;
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		ps->arr[i] = i + 1;
	}

	//空间不够，需要增容
	struct S* ptr = realloc(ps, sizeof(struct S) + 60);
	if (ptr == NULL)
	{
		perror("realloc");
		return 1;
	}
	ps = ptr;
	ps->n = 15;
	for (i = 0; i < 15; i++)
	{
		printf("%d\n", ps->arr[i]);
	}

	//释放
	free(ps);
	ps = NULL;

	return 0;
}

柔性数组的代替：

我们可以用指针类型的结构体成员代替柔性数组： 

struct S
{
	int n;
	int* arr;
};


int main()
{
	struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S));
	if (ps == NULL)
	{
		perror("malloc->ps");
		return 1;
	}
	ps->n = 100;
	ps->arr = (int*)malloc(40);//1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
	if (ps->arr == NULL)
	{
		perror("malloc->arr");
		return 1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		ps->arr[i] = i + 1;
	}

	//调整
	int* ptr = (int*)realloc(ps->arr, 60);
	if (ptr != NULL)
	{
		ps->arr = ptr;
	}
	else
	{
		perror("realloc");
		return 1;
	}
	//打印
	for (i = 0; i < 15; i++)
	{
		printf("%d\n", ps->arr[i]);
	}

	//释放
	free(ps->arr);
	ps->arr = NULL;

	free(ps);
	ps = NULL;

	return 0;
}

柔性数组的优势：

上述 第一种   和 第二种   可以完成同样的功能，但是 第一种   的实现有两个好处：

第一个好处是： 方便内存释放

如果我们的代码是在一个给别人用的函数中，你在里面做了二次内存分配，并把整个结构体返回给用户。用户调用free可以释放结构体，但是用户并不知道这个结构体内的成员也需要free，所以你不能指望用户来发现这个事。所以，如果我们把结构体的内存以及其成员要的内存一次性分配好了，并返回给用户一个结构体指针，用户做一次free就可以把所有的内存也给释放掉。

第二个好处是： 这样有利于访问速度.

连续的内存有益于提高访问速度，也有益于减少内存碎片。（其实，我个人觉得也没多高了，反正你跑不了要用做偏移量的加法来寻址）

小结：

 学习之路道阻且长，希望大家坚持复习，坚持敲代码，未来的你们一定会收到心仪的offer！！！