【C】想动态分配内存？动态内存管理了解一下

news2024/9/27 17:32:29

一、为什么存在动态内存分配

二、动态内存函数的介绍

1.malloc和free

2.calloc

3.realloc

三、常见的动态内存错误

1 对NULL指针的解引用操作

2 .对动态开辟空间的越界访问

3.对非动态开辟内存使用free释放

4.使用free释放一块动态开辟内存的一部分

5.对同一块动态内存多次释放

6.动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

一、为什么存在动态内存分配

通过之前的学习，我们已经掌握的内存开辟方式有：

1.在栈空间上开辟四个字节

2.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内存开辟了。

动态内存分配是C语言给予我们灵活自主分配内存空间的极大权力，但是任何事物都两面性，动态内存分配的引入，让内存空间的管理变得非常的复杂，有可能会带来一些其他的问题，让我们继续往下了解。

二、动态内存函数的介绍

动态内存管理函数

malloc
free
calloc
realloc

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 );

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。

malloc函数是如何开辟内存空间的呢

我们用malloc向内存申请了40个字节的空间，然后打印出来结果如上图👆

在内存中分为栈区、堆区，静态区，malloc是在堆区申请到的内存空间

malloc申请的内存空间，当程序退出时不会交还给操作系统自动释放，需要借助free函数释放空间。

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 );

free 函数只能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。

free的使用

2.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。

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。

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);//size为调整后新的大小

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：

原有空间之后有足够大的空间
原有空间之后没有足够大的空间

当是情况1的时候，要扩展内存就直接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。

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。

由于上述的两种情况， realloc 函数的使用就要注意一些

代码

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	//初始化为1~10
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		p[i] = i + 1;
	}
	//增加一些空间
	int* ptr=realloc(p, 80);
	if (ptr != NULL)
	{
		p = ptr;
	}
	else
	{
		perror("realloc");
		return 1;
	}
	//打印数据
	for (i = 0; i < 20; i++)
	{
		printf("%d\n", p[i]);
	}
	//释放
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}