05-C语言进阶——动态内存管理

待我称王封你为后i 2022-12-23 11:28 150阅读 0赞

### 动态内存管理 ###

*  一、为什么要动态内存分配？
 *  二、动态内存函数函数介绍
 *   *  2.1malloc
     *  2.2 free
     *  2.3 calloc
     *  2.4 realloc
 *  三、常见动态内存错误
 *   *  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）

# 一、为什么要动态内存分配？ #

前面用到的内存开辟方式为在栈上开辟空间，例如：

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：

*  **空间开辟大小是固定的。**
 *  **数组在声明的时候，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。

# 二、动态内存函数函数介绍 #

## 2.1malloc ##

malloc用来开辟动态内存

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**。

*  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。

## 2.2 free ##

void free (void* ptr);

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**。  
    malloc和free都声明在 stdlib.h 头文件中。 举个例子：

//申请5个整形字节的动态内存
    int *p = (int *)malloc(5*sizeof(int));
    //若返回值为空，则申请失败
    if (NULL == p)
    {
        
    	printf("malloc error!\n");
    	return 1;
    }
    //若申请成功，为每个元素赋值
    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        
    	p[i] = i;
    }
    printf("malloc success!\n");
    
    //打印释放前p的地址
    printf("before:%p\n",p);
    
    //释放动态开辟的内存
    free(p);
    
    //打印释放后p的地址
    printf("after:%p\n", p);

![在这里插入图片描述][20201125093256835.png_pic_center]  
这里需要注意的几个点

*  如上图所示，free前后指向的地址不发生任何变化，改变的只是指针和对应的内存的管理关系。一般再添加一句代码令指针为NULL。

p = NULL;

*  如下图所示释放后的地址空间明显大于申请时的空间，原因是申请时指针包含有其它元信息。可以发现使用malloc申请小块空间的成本较大，因此不推荐申请小块内存。  
    ![在这里插入图片描述][20201125094616537.png_pic_center]  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwMDc2MDIy_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

## 2.3 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**。 举个例子：

int *p = (int *)calloc(10, sizeof(int));
    if (NULL != p)
    {
        
    	printf("success!\n");
    }
    
    free(p);
    p = NULL;

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwMDc2MDIy_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

## 2.4 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，为了合理使用内存，我们一定会对内存的大小做灵活的调整。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**。
 *  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**。当情况1 的时候，要扩展内存就在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多的空间**。扩展方法：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。 举个例  
        子：

int *ptr = malloc(100);
    	if (ptr != NULL)
    	{
        
    		//业务处理
    	}
    	else
    	{
        
    		exit(EXIT_FAILURE);
    	}
    	//扩展容量
    	//代码1
    	ptr = realloc(ptr, 1000);//如果申请失败造成内存泄漏
    
    	//代码2
    	int*p = NULL;
    	p = realloc(ptr, 1000);
    	if (p != NULL)
    	{
        
    		ptr = p;
    	}
    	//业务处理
    	free(ptr);

代码1的问题在于，**如果realloc申请失败返回NULL指针，老空间ptr被置空，造成内存泄漏**无法找到原有的内存地址。

# 三、常见动态内存错误 #

## 3.1 对NULL指针的解引用操作 ##

void test()
    {
        
        int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);
        *p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
        free(p);
    }

如果申请的空间较大可能造成malloc返回值为NULL

## 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);//错误
    }

## 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
    }

## 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);
    }

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