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文章目录
- 前言
- 一、动态内存函数的介绍
- 1.1 malloc和free函数
- 1.2 calloc函数
- 1.3 realloc函数
- 二、常见的动态内存错误
- 2.1 对NULL指针的解引用
- 2.2 对动态开辟空间的越界访问
- 2.3 对非动态开辟内存使用free释放
- 2.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分
- 2.5 对同一块动态内存多次释放
- 2.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
- 三、经典例题分析
- 3.1 题目1
- 3.2 题目2
- 3.3 题目3
- 3.4 题目4
- 四、C/C++程序的内存开辟
- 五、柔性数组
- 5.1 什么是柔性数组
- 5.2 柔性数组的特点
- 5.3 柔性数组的使用
- 5.4 柔性数组的优点
前言
看到今天的主题动态内存管理，相信很多小伙伴心中有这样一个疑惑：为什么存在动态内存分配？那是因为现在我们掌握的内存开辟方式开辟的空间都是固定的，但是对于空间的需求，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。 这时候就要使用动态内存开辟了。
一、动态内存函数的介绍
1.1 malloc和free函数
函数功能：
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。
头文件：
#include<stdlib.h>
malloc函数的应用：
//开辟一个有10个元素的数组
int* p = (int*)malloc(40);
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
注意：
-
如果开辟成功，则返回一个指向这块空间的指针（起始地址），不会初始化空间的内容
-
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的行为是标准未定义的，取决于编译器
函数功能：
专门用来做动态内存的释放和回收
头文件：
#include<stdlib.h>
free函数的应用：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
//开辟一个有10个元素的数组
int* p = (int*)malloc(40);
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
注意：
- free只能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
- 使用free函数释放空间后，p指向这块空间没用了，就变成野指针，所以我们要在释放空间后，将p置为空指针
int a = 10;
int* p = &a;
free(p); //error
p = NULL;
1.2 calloc函数
函数功能：
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
头文件：
#include<stdlib.h>
calloc函数的应用：
#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;
}
运行结果：
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
注意：
calloc函数与malloc函数的区别只在于calloc会在返回地址之前把申请的空间的每个字节都初始化为0
1.3 realloc函数
函数功能：
- realloc函数让动态内存管理更加灵活
- 有时我们发现过去申请的空间太小了，有时我们又会觉得申请的空间过大了，那为了合理的内存，我们会对内存大小做灵活的调整，那realloc就可以做到对动态内存大小的调整
头文件：
#include<stdlib.h>
- ptr是要调整的内存地址
- size调整之后新的大小
- 返回值为调整之后的内存起始地址
- 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函数的应用：
#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 + 1;
}
int* ptr = (int*)realloc(p, 80);
if (ptr != NULL)
{
p = ptr;
}
else
{
perror("realloc");
}
//打印数据
for (i = 0; i < 20; i++)
{
printf("%d ", p[i]);
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
运行结果：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -842150451 -842150451 -842150451 -842150451 -842150451 -842150451 -842150451 -842150451 -842150451 -842150451
这个函数也会出现增容失败的时候（返回空指针，意思空间被释放，会导致原来的空间也被释放）所以不能把返回的指针直接放在原来的指针变量里，应该再定义一个指针变量存放返回地址，先判断是否空指针（增容失败），不是空指针再赋值给p
realloc在调整内存空间的两种情况：
- 原有的空间后面的空间足够，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
- 原有的空间后面的空间不够，在堆空间另找一个合适大小的连续空间来使用，把旧的数据拷贝到新的空间中，会将旧空间释放掉，返回新的地址
二、常见的动态内存错误
2.1 对NULL指针的解引用
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);
}
如果空间开辟失败返回空指针，我们对空指针解引用，程序就会出现错误，所以我们要判断返回的是否为空指针
代码修改：
int* p = (int*)malloc(40);
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
*p=20;
free(p);
2.2 对动态开辟空间的越界访问
#include<stdio.h>
int main()
{
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
for (int i = 0; i <= 10; i++)
{
*(p + i) = i;//当i是10的时候越界访问
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
只有10个整型的空间，却访问了11个整型的空间，越界访问
2.3 对非动态开辟内存使用free释放
int a = 10;
int* p = &a;
free(p); //error:非动态开辟，不可以释放
p = NULL;
2.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分
int main()
{
int* p = (int*)malloc(40);
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
p++;
free(p);//p不再指向动态内存的起始位置，不可以释放，必须从起始位置释放
p = NULL;
return 0;
}
2.5 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
}
不可以重复释放（当把p赋值为空指针后再释放是可以的）
2.6 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;
}
//记得要释放
}
int main()
{
test();
//在这里释放不可以
return 0;
//或者把函数test的返回值改为int* ，在主函数接受一下，这样就可以在主函数释放
}
忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄漏
动态申请的内存空间不会因为出了作用域自动销毁
两种销毁方式：
- free
- 程序结束
三、经典例题分析
3.1 题目1
void GetMemory(char* p)
{
p = (char*)malloc(100);
//没有释放
//并没有返回任何值，也没有改变str的值
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
GetMemory(str);
strcpy(str, "hello world");
//常量字符串传递的是h的地址，所以是正确的
//str是空指针，在这里是非法访问，程序会崩溃
printf(str);//写法正确，但这一步之前程序已经崩溃
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
运行结果：程序崩溃
1.对NULL指针进行解引用操作，程序会崩溃
2.没有释放空间，存在内存泄漏问题
3.2 题目2
char* GetMemory(void)
{
char p[] = "hello world";
return p;
}
//出作用域后p销毁，开辟的空间还给操作系统
void Test(void)
{
char* str = NULL;
str = GetMemory();//str变成野指针，再去访问这块空间就是非法访问，结果是随机值
printf(str);
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
可以用static修饰变量p，使p的声明周期变长
3.3 题目3
void GetMemory(char** p, int num)
{
*p = (char*)malloc(num);
//没有释放
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
GetMemory(&str, 100);
strcpy(str, "hello");
printf(str);
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
3.4 题目4
void Test(void)
{
char* str = (char*)malloc(100);
strcpy(str, "hello");
free(str);//空间释放后，要赋值为空指针
if (str != NULL)
{
strcpy(str, "world");//非法访问（空间被释放，还给操作系统，没有使用的权利，如果使用，就是野指针越界访问
printf(str);
}
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
四、C/C++程序的内存开辟
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。
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。
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。
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实在栈区分配空间的，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修饰的变量存在数据段（静态区），数据段的特点使在上面创建的变量，直到程序结束才销毁，所以生命周期长
五、柔性数组
5.1 什么是柔性数组
C99中，结构体中的最后一个元素允许是未知大小的数组，这就加柔性数组成员
写法一：
struct s1
{
int n;
int arr[0];//大小是未指定的，并不是0
};
写法二：
struct s1
{
int n;
int arr[];
};
5.2 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。
struct S
{
int i;
int a[0];
};
int main()
{
printf("%d\n",sizeof(S));
return 0;
}
运行结果：
4
柔性数组大小未知，无法计算大小
5.3 柔性数组的使用
我们开辟好空间后，发现空间不够用，可以使用realloc增容
写法一：
struct S
{
int n;
int arr[];
};
int main()
{
struct S* p = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 40);
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
p->n = 100;
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
p->arr[i] = i + 1;
}
//释放
free(p);
p = NULL;
}
写法二：
struct S
{
int n;
int* arr;
};
int main()
{
struct S* p = (struct S*)malloc(sizeof(struct S));
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
p->n = 100;
p->arr = (int*)malloc(40);
if (p->arr == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
p->arr[i] = i + 1;
}
//增容
int* ptr = (int*)realloc(p->arr, 60);
if (ptr == NULL)
{
perror("realloc");
return 1;
}
p->arr = ptr;
for (i = 0; i < 15; i++)
{
printf("%d ", p->arr[i]);
}
//释放
free(p->arr);
p->arr = NULL;
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
要先释放里面的，再释放外面的。如果先把p释放了，就找不到arr的地址了。
总结：
代码一相对于来说比较好：（1）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。 （2）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。
（代码二：开辟和释放的次数多，容易出错；容易形成内存碎片）
5.4 柔性数组的优点
我们上面的代码二，可以完美的替代柔性数组的功能，却为什么还是创造除了柔性数组呢。在这就要说到柔性数组的优点：
1.内存方便释放
在柔性数组中，我们只使用了一次malloc，方法二中使用了两次malloc，容易造成忘记释放，没有都释放或释放顺序错误的问题。
2.访问速度快，节省空间
多次开辟空间，内存与内存之间的内存碎片会很多，不内存的利用率就会变低。同时，连续的内存有益于提高访问速度。
本次的内容到这里就结束啦。希望大家阅读完可以有所收获，同时也感谢各位铁汁们的支持。文章有任何问题可以在评论区留言，小羊一定认真修改，写出更好的文章~~
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