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【C语言】动态内存管理-创新互联

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1. 为什么存在动态内存分配

2. 动态内存函数的介绍

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）

4. C/C++程序的内存开辟

5. 柔性数组

5.1 柔性数组的特点：

5.2 柔性数组的使用

1. 为什么存在动态内存分配

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。

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了。

2. 动态内存函数的介绍 2.1 malloc和free

C语言提供了一个动态内存开辟的函数：

void* malloc (size_t size);

参数size是要开辟的内存的大小（以字节为单位），返回值是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);
  • 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。
  • 如果程序不结束，动态内存不经过free释放，动态内存是不会被释放的。

malloc和free都声明在 stdlib.h 头文件中

例子：

#include#include#includeint main()
{
	//int arr[10];//向内存申请了40个字节
	int* p = (int*)malloc(10*sizeof(int));
	int* ptr = p;
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));//输出错误信息
		return 1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i< 10; i++)
	{
		*ptr = i;
		ptr++;
	}
	free(p);
	p = NULL;
    ptr = NULL;
 	return 0;
}
2.2 calloc
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。

例子：

#include#includeint main()
{
 int *p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
 if(NULL != p)
 {
   int i = 0;
   for(i=0; i

所以如何我们对申请的内存空间的内容要求初始化，那么可以很方便的使用calloc函数来完成任务。

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 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

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：原有空间之后没有足够大的空间

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。

例子：

#includeint main()
{
 int *ptr = (int*)malloc(100);
 if(ptr != NULL)
 {
     //业务处理
 }
 else
 {
     exit(EXIT_FAILURE);    
 }
 //扩展容量
 //代码1
 ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//这样是不可以的，如果申请空间失败，将会返回空指针给ptr，导致原来的数据也找不到
 
 //代码2
 int*p = NULL;
 p = realloc(ptr, 1000);
 if(p != NULL)
 {
 ptr = p;
 }
 //业务处理
 free(ptr);
 return 0;
}
3. 常见的动态内存错误 3.1 对NULL指针的解引用操作
void test()
{
 int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);
 *p = 20;
 free(p);
}

如果开辟空间失败，p的值是NULL，就会对空指针进行解引用操作，出现问题。

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)
 {
 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);
}
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);
}
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);
}

经过“p++”后，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);
}

p重复释放。

3.6 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);
}

如果程序不结束，动态内存不经过free释放，动态内存是不会被释放的，就会出现内存泄漏的现象。

4. 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。 

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。

5. 柔性数组

柔性数组(Flexible Array)是引入的一个新特性，它允许你在定义结构体时创建一个空数组，而这个数组的大小可以在程序运行的过程中根据你的需求进行更改特别注意的一点是：这个空数组必须声明为结构体的最后一个成员，并且还要求这样的结构体至少包含一个其他类型的成员。

不同编译器有不同的定义形式：

typedef struct st_type
{
 int i;
 int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
typedef struct st_type
{
 int i;
 int a[];//柔性数组成员
}type_a;
5.1 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。
5.2 柔性数组的使用

包含柔性数组成员的结构用malloc函数进行内存的动态分配,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。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include#includestruct S
{
	int x;
	int a[];
};
int main()
{
    //为柔性数组a[]开辟了40个字节的空间
	struct S *ps =(struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 40);
	if (ps == NULL)                                    //检查是否为空指针
	{
		perror("ps");
		return 1;
	}
	ps->x = 10;												
	int i = 0;					
	for (i = 0; i< 10; i++)								
	{                                                  
		ps->a[i] = i;                                   //数组使用
	}
	for (i = 0; i< 10; i++)
	{
		printf("%d  ",ps->a[i]);                        //数组打印
	}
	//若觉得40不够用，可用realloc扩容
	//如:
	struct S* ptr = (struct S*)realloc(ps, sizeof(struct S) + 80);
	if (ptr == NULL)                                    //检查是否为空指针
	{
		perror("realloc");
		return 1;
	}
	else
	{
		ps = ptr;
	}
 
	free(ps);                                            //释放内存并置为空指针
	ps = NULL;
}

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