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📂专栏收录：C预言

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动态内存分配的意义

假如我们创建一个存放一百个元素的数组：

char arr[100] = {0};

如果我们要用这个数组来存储数据的话只能存储100个char型的数据，如果再想要往数组内添加数据的话就会越界。

所以在这个时候有两种方法，第一个方法是再创建一个数组然后将两个数组拼接，第二个方法时用动态内存分配。动态内存分配的快捷，实用性和可操控要比第一种方法强很多，那么究竟强在哪里呢？在这篇博客中我将进行具体阐述。

动态内存分配相关函数

1. malloc

malloc函数用来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。

该函数原型如下：

void* malloc (size_t size);

可以看出，该函数的返回值是void*说明返回类型可以改变，传的参数size作用是向内存申请size大小的内存，用size_t类型可以不用担心申请的内存过大而不能完成申请。

对于开辟内存的结果和操作：

• 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. free

free函数用来释放动态分配的内存（只能释放动态分配的内存），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，则无事发生。

在了解到malloc和free函数后就可以利用这两个函数进行一个简单的实例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    int num = 0;
    scanf("%d", &num);
    int arr[num] = {0};
    int* ptr = NULL;
    ptr = (int*)malloc(num*sizeof(int));
    if(NULL != ptr)//判断ptr指针是否为空
    {
    	int i = 0;
        for(i=0; i<num; i++)
        {
        	*(ptr+i) = 0；
        }
    }
    free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存
    ptr = NULL;//是否有必要？
    return 0;
}

该段代码就是实现动态分配，然后释放分配的空间。

3. 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.

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (NULL != p)
	{
		int i = 0;
		for (i = 0; i < 10; i++)
		{
			printf("%d ", *(p + i));
		}
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

示例代码结果：

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

从函数的特性出发，如果我们对函数有初始化的需求的话可以直接使用 calloc 函数来进行内存空间的开辟，效果与 malloc 一样。

4. realloc

realloc 函数实现的是对原本开辟的空间进行调整大小，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（copy）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

​ 情况2：原有空间之后没有⾜够⼤的空间

​ 以上所说两种空间是在内存上的空间，不是当前动态分配到的空间

4.1 原有空间足够大

当原有空间足够大时，我们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。

4.2 原有空间不够

当原有的空间不够时，我们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。

realloc使用示例代码：

#include <stdlib.h>
int main()
{
	int* ptr = (int*)malloc(100);
	if (ptr != NULL)
	{
		//业务处理
	}
	else
	{
		return 1;
	}
	//扩展容量
	//代码1 - 直接将realloc的返回值放到ptr中
	ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//这样可以吗？(如果申请失败会如何？)
	//代码2 - 先将realloc函数的返回值放在p中，不为NULL，在放ptr中
	int* p = NULL;
	p = realloc(ptr, 1000);
	if (p != NULL)
	{
		ptr = p;
	}
	//业务处理
	free(ptr);
	return 0;
}

常见动态内存错误

1. 对NULL指针解引用

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);
}

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. 对⾮动态开辟内存使⽤free释放

void test()
{
	int a = 10;
	int *p = &a;
	free(p);//error
}

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
}

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
}

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);
}

结语

以上就是关于动态内存管理的博客内容。值得强调的是关于 free 掉内存这件事，一个程序如果不在不需要的时候free掉内存的话就会一直占用内存直到程序运行结束。

在我们平时的代码练习中不会有明显的影像，但是在大型程序中，如果内存一直占用，占用的内存不断增多，内存是有限的，不可能一直被占用，当内存爆满时程序就会出现问题了。

所以要注意关于内存空间的释放！

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