动态内存管理-c语言

news2024/10/23 21:36:56

目录

1.为什么要有动态内存分配

2.malloc函数和free函数

malloc

函数原型

栗子

free

函数原型

栗子

3.calloc和***realloc***

3.1calloc函数

原型如下：

栗子

3.2***recalloc***

第一种情况

第二种情况

第三种情况

recalloc模拟实现calloc函数

4.六大常⻅的动态内存的错误

4.1对NULL指针的解引⽤操作

4.2对动态开辟空间的越界访问

 4.3对⾮动态开辟内存使⽤free释放

 4.4使⽤free释放⼀块动态开辟内存的⼀部分

 4.5对同⼀块动态内存多次释放

4.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

 5.动态内存经典笔试题分析

5.1题目一

正确解法

5.2题目二

正确解法

5.3题目三

正确解法

5.4题目四

正确解法

6. 柔性数组

6.1什么是柔性数组

栗子

6.2柔性数组的使用

6.3柔性数组的优势

1.为什么要有动态内存分配

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。

* *数组在申明的时候，必须指定数组的⻓度，数组空间⼀旦确定了⼤⼩不能调整

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。 C语⾔引⼊了动态内存开辟，让程序员⾃⼰可以申请和释放空间，就⽐较灵活了。

2.malloc函数和free函数

malloc

是c语言用于动态内存开辟的函数

函数原型

void* malloc (size_t size);

说明：malloc向系统申请分配指定size个字节的内存空间。返回类型是void *类型。void *类型表示未确定类型的指针。C、C++规定，void *类型可以强制转换为任何其他类型的指针。

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。

******#include<stdlib.h>//malloc头文件

• • • • 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 返回值的类型是 NULL 指针，因此malloc的返回值⼀定要做检查。

*******void* 所以malloc函数并不知道开辟空间的类型，具体在使⽤的时候⾃⼰来绝定。

********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

栗子

因为malloc（）返回值是返回函数开辟空间的地址，类型是void，所以p应该是要用void * p来接收，但是void类型的指针，是不能进行解引用的，所以这个方法行不通。

解决办法

int* p = (int *)malloc();

要把malloc返回值进行强制转换成你要开辟空间用于什么数据类型的类型。

比如这里我需要int类型的内存，所以这里要转换成int类型。

重要一步检查是否内存开辟成功也莫忘：

如果开辟失败，则返回⼀个 返回值的类型是 NULL 指针

int* p = (int *)malloc(40);
if (p == NULL)
{
	perror("malloc");//报错
	return 1;
}
//使用开好的内存
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
	/**p = i;
	p++;*/
	//上面写法，写到后面。p位置不好找回来
	*(p + i) = i;//这样写p就不会动了
	
}

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
	printf("%d ", *(p+i));
}

free


函数原型

void free (void* ptr);

free参数是动态内存申请好返回的指针变量。

函数free，专⻔是⽤来做动态内存的释放和回收的

**free函数必须和malloc函数同时使用不然会报错

**free函数无法释放栈内存的变量

**free只能释放动态内存申请的空间

栗子

int* p = (int *)malloc(40);
if (p == NULL)
{
	perror("malloc");//报错
	return 1;
}
//使用开好的内存
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
	/**p = i;
	p++;*/
	//上面写法，写到后面。p位置不好找回来
	*(p + i) = i;//这样写p就不会动了
	
}

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
	printf("%d ", *(p+i));
}
free(p);
p = NULL;//因为释放了内存，但是 p指向的位置还是内存的起始地址，避免成为野指针，要指向空。

3.calloc和***realloc***

3.1calloc函数

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。

***malloc与calloc区别就是malloc不会初始化，而calloc初始化为0
***第二就是，参数不一样，calloc可以输入指定个数，和大小

栗子

//使用calloc函数进行动态内存申请
int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));

3.2***recalloc***

realloc函数可以做到对动态开辟内存⼤小调整；

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。

函数原型

 void* realloc (void* ptr, size_t size);

realloc分为三种情况，

第一种情况

申请空间失败；

第二种情况

申请成功，但开辟空间的时候后面没有足够的空间，在这种情况下，realloc函数会在内存的堆区重新找一个空间（这个空间满足新的申请空间大小需求），同时会把旧的数据拷贝到新的空间，然后释放旧的空间，同时返回新的空间的起始地址。

第三种情况

也是成功情况，但是这次后面的空间是足够的情况，可以直接进行扩大，扩大空间后，直接返回旧的空间的起始地址。

//要用一个临时变量存储申请的空间，防止申请失败而置为null
int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
int ptr = (int*)reallco(p, 10 * sizeof(int));
if (ptr != NULL)
{
	p = ptr;
}
else
{
	perror("realloc");
	return 1;
}

recalloc模拟实现calloc函数

int* p = (int *)realloc(NULL,40);
if (p == NULL)
{
	perror("malloc");//报错
	return 1;
}
//使用开好的内存
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
	/**p = i;
	p++;*/
	//上面写法，写到后面。p位置不好找回来
	*(p + i) = i;//这样写p就不会动了
	
}

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
	printf("%d ", *(p+i));
}
free(p);
p = NULL;//因为释放了内存，但是 p指向的位置还是内存的起始地址，避免成为野指针，要指向空。

4.六大常⻅的动态内存的错误

4.1对NULL指针的解引⽤操作

没有进行判断是否申请内存成功而直接使用

int a = 20;
	int* p = (int*)malloc(40);
	*p = a;

4.2对动态开辟空间的越界访问

int* p = (int*)malloc(40);
//类似于数组的越界访问
if (NULL == p)
{
	exit(EXIT_FAILURE);
}
for (int i = 0; i <= 10; i++)
{
	//i<=10,就是越界访问了，因为申请的大小才10个int大小
	//i<10才行。
	*(p + i) = i;
}
free(p);
p = NULL;

 4.3对⾮动态开辟内存使⽤free释放

int a = 0;
int* p = (int*)malloc(40);
if (NULL == p)
{
	exit(EXIT_FAILURE);
}
//这里就出错了
p = &a;
//p指向a地址，此时就丢失了开辟的空间，形成空间泄露的情况。
free(p);
p = NULL;

 4.4使⽤free释放⼀块动态开辟内存的⼀部分

//只释放一部分的动态内存，也会错误，free只能放内存的首地址。
int* p = (int*)malloc(40);
	if (NULL == p)
	{
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	p ++;
	free(p);
	p = NULL;

 4.5对同⼀块动态内存多次释放

 int *p = (int *)malloc(100);
 free(p);
 free(p);//重复释放

4.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

:malloc/calloc/realloc 申请的空间如果不主动释放，出了作用域是不会销毁的
释放的方式:
1.free主动释放

2.直到程序结束，才由操作系统回收

 void test()
 {
 int *p = (int *)malloc(100);
 if(NULL != p)
 {
 *p = 20;
 }
 }
 int main()
 {
 test();
 while(1);
 }

 5.动态内存经典笔试题分析

5.1题目一

void GetMemory(char* p)
{
	p = (char*)malloc(100);//而这里申请的空间是p的，
	//后面这个函数运行结束，p就会消失，申请的内存也就会泄露，导致程序崩溃
}
int main()
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(str);//传过去的是str，并不是地址
	strcpy(str, "hello world");//str并没有申请有内存，却直接进行解引用，会导致程序崩溃。
	printf(str);
	free(str);
	str = NULL;
}

str并没有申请有内存，却直接进行解引用，会导致程序崩溃。

正确解法

void GetMemory(char** p)
{
	*p = (char*)malloc(100);
}
int main()
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(&str);//这里传地址过去就好了
	strcpy(str, "hello world");
	printf(str);
	free(str);
	str = NULL;
}

5.2题目二

char* GetMemory(void)
{
	char p[] = "hello world";//这里创建的内存，如果函数运行完成就会自动销毁了
	return p;//那么此时p就是野指针。
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	str = GetMemory();
	printf(str);
}

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

static用法讲解

正确解法

char* GetMemory(void)
{
    //static修饰局部变量时，会改变局部变量的存储位置，从而使得局部变量的生命周期变长。
	static char p[] = "hello world";//这里创建的内存，如果函数运行完成就会自动销毁了
	return p;//那么此时p就是野指针。
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	str = GetMemory();
	printf(str);
}

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

5.3题目三

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

这里就是缺少了free销毁申请的内存，会造成内存泄露

正确解法

void GetMemory(char** p, int num)
{
	*p = (char*)malloc(num);
	if (*p == NULL)
	{
		return 0;
	}
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(&str, 100);
	strcpy(str, "hello");
	printf(str);
	free(str);
	str = NULL;
}

int main()
{
	printf("韦坤四战\n");
	Test();
	return 0;
}

5.4题目四

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

这里错的是free释放掉str后，并没有手动把str指向null;

正确解法

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

6. 柔性数组

6.1什么是柔性数组

满足下面三个条件即是柔性数组：

1.在结构体中

2.结构体中最少两个成员，并且它是最后一个成员

3.是一个未知大小的数组

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。

栗子

struct st_type
{
	int i;
	/*1.在结构体中
	2.结构体中最少两个成员，并且它是最后一个成员
	3.是一个未知大小的数组*/
	int a[0];//柔性数组成员
}type_a;

int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(type_a));//只会计算i的大小为4，数组a[0]是未知的无法计算。
	return 0;
}

6.2柔性数组的使用

//申请动态内存
struct st *ps  = (struct st*)malloc(sizeof(struct st) + 10 * sizeof(int));//10 * sizeof(int)这里就是给柔性数组开的内存。
if (ps = NULL)
{
	perror("ps");
	return 0;
}
//赋值
ps->i = 10;
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
	ps->a[i] = i;
}

6.3柔性数组的优势

//柔性数组的优势
//就是可以随时扩大柔性数组的大小。
//申请动态内存
struct st *ps  = (struct st*)malloc(sizeof(struct st) + 10 * sizeof(int));//10 * sizeof(int)这里就是给柔性数组开的内存。
if (ps = NULL)
{
	perror("ps");
	return 0;
}
//赋值
ps->i = 10;
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
	ps->a[i] = i;
}

struct st *ptr = (struct st*)realloc(ps, sizeof(struct st) + 15 * sizeof(int));
if (ps = NULL)
{
	perror("ps");
	return 0;
}
else
{
	ps = ptr;
}

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 ⼾。⽤⼾调⽤free可以释放结构体，但是⽤⼾并不知道这个结构体内的成员也需要free，所以你不能 指望⽤⼾来发现这个事。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 回给⽤⼾⼀个结构体指针，⽤⼾做⼀次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

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