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一.为什么要有动态内存分配
二.malloc和free
2.1 malloc
2.2 free
2. 3malloc和free的使用
三. calloc
四. raelloc
4.1 代码示例：
4.2 注意事项：
4.3 对动态开辟空间的越界访问
4.4 对非动态开辟内存使⽤free释放
4.5 使用free释放⼀块动态开辟内存的⼀部分
4.6 对同⼀块动态内存多次释放
4.7 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
4.8 内存的分布：
五. 练习
题目1：
题目2：
题目3：
题目4：
六.柔性数组
6.1 什么是柔性数组
6.2柔性数组的使用
6.3柔性数组的优势
一.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
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。
二.malloc和free
2.1 malloc
malloc 是一个用于动态内存分配的库函数，它属于标准库 <stdlib.h>。malloc 函数允许你在程序运行时分配指定数量的字节，并返回一个指向所分配内存的指针。
void* malloc (size_t size);如果内存分配成功，它将返回一个非空。
如果失败，它将返回 NULL。
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
free 是一个用于释放之前由 malloc、calloc 或 realloc 函数分配的内存的函数。它定义在 <stdlib.h> 头文件中。
当你使用 malloc、calloc 或 realloc 函数在堆上分配内存时，你负责在不再需要这块内存时使用 free 函数来释放它。如果不这样做，你的程序将会消耗越来越多的内存，直到耗尽所有可用的内存，这通常会导致程序崩溃或其他不可预见的错误。
函数的原型如下：
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。
2. 3malloc和free的使用
代码示例：
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main() {
int n = 5;
int* arr;
arr= (int*)malloc(n * sizeof(int));
// 检查malloc是否成功分配了内存
if (arr == NULL) {
printf("内存分配失败！\n");
return 1; // 返回一个错误代码
}
// 使用分配的内存
for (int i = 0; i < n; i++)
{
arr[i] = i * 2;
}
for (int i = 0; i < n; i++) {
printf("%d ", arr[i]);
}
printf("\n");
// 释放分配的内存
free(arr);
return 0; // 程序成功执行完毕
}三. calloc
calloc 是 C 和 C++ 语言中的一个库函数，用于动态内存分配。与 malloc 函数相似，calloc 也用于在堆上分配内存，但它会额外地将分配的内存区域初始化为零。
calloc原型：
void *calloc(size_t num, size_t size);参数：
num：要分配的元素数量。
size：每个元素的大小（以字节为单位）。
代码示例：
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main()
{
int* ptr;
int num = 5;
int size = sizeof(int);
// 使用 calloc 分配内存并初始化为零
ptr = (int*)calloc(num, size);
if (ptr == NULL)
{
perror("calloc");
exit(0);
}
for (int i = 0; i < num; i++)
{
printf("%d ", ptr[i]);
}
free(ptr);
return 0;
}输出结果：
0 0 0 0 0
如果我们申请空间时要对其初始化，那么就可以用calloc。
四. raelloc
当我们申请分配了一块内存，但在程序执行过程中发现这块内存的大小不够或过大时，可以使用realloc来动态地调整其大小。
函数原型：
void *realloc(void *ptr, size_t size);ptr：指向之前分配的内存块的指针。如果 ptr 为 NULL，则 realloc 的行为与 malloc 相同，即分配一块新的内存。
size：新分配的大小（以字节为单位）。
4.1 代码示例：
int main() {
int* ptr = NULL;
size_t Size = 4; // 初始分配4个整数的空间
// 初始内存分配
ptr = (int*)malloc(Size * sizeof(int));
if (ptr == NULL) {
perror("malloc");
return 1;
}
// 初始化分配的内存空间
for (size_t i = 0; i < Size; ++i)
{
ptr[i] = i + 1;
}
// 打印初始数据
for (size_t i = 0; i < Size; ++i)
{
printf("%d ", ptr[i]);
}
printf("\n");
// 扩展内存
Size *= 2;
int* Ptr1 = realloc(ptr, Size * sizeof(int));
if (Ptr1 == NULL)
{
perror("realloc");
// 如果realloc失败，释放原始内存并退出程序
free(ptr);
return 1;
}
// 如果realloc成功，更新ptr指针
ptr = Ptr1;
// 初始化新分配的内存空间（这里仅初始化新增的部分）
for (size_t i = Size / 2; i < Size; ++i)
{
ptr[i] = i + 1;
}
for (size_t i = 0; i < Size; ++i)
{
printf("%d ", ptr[i]);
}
printf("\n");
free(ptr);
ptr = NULL;
return 0;
}4.2 注意事项：
1. 检查malloc和realloc的返回值：确保malloc和realloc调用成功分配了内存。如果它们返回NULL，表示内存分配失败。
2. 不要直接对realloc的返回值进行操作：在将realloc的返回值赋给原始指针之前，先检查它是否为NULL。如果realloc失败，它会释放原始内存并返回NULL。如果你直接对realloc的返回值进行操作，而没有检查它是否为NULL，你可能会丢失对原始数据的引用，并且如果之后尝试访问原始数据，可能会导致程序崩溃。
3. 避免野指针：在释放内存后，将指针设置为NULL，以避免野指针。
五. 常⻅的动态内存的错误
5.1 对NULL指针的解引用操作
代码示例：
void test()
{
int* p = (int*)malloc(sizeof(int));
*p = 20;
free(p);
p = NULL;
}
malloc因为任何原因（如内存不足或整数溢出）未能成功分配内存，它会返回NULL。但是在这个函数中，没有检查malloc的返回值是否为NULL。如果p是NULL，那么解引用*p = 20;将会导致程序崩溃。
正确代码示例：
void test()
{
int* p = (int*)malloc(sizeof(int));
if (p == NULL)
{
// 处理内存分配失败的情况
perror("malloc ");
return;
}
*p = 20;
free(p); // 释放内存
p = NULL; // 避免野指针
}4.3 对动态开辟空间的越界访问
代码示例：
void test()
{
int i = 0;
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (NULL == p)
{
perror("malloc");
return;
}
for (i = 0; i <= 10; i++)
{
*(p + i) = i;//当i是10的时候越界访问
}
free(p);
}正确代码：
void test()
{
int i = 0;
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (NULL == p)
{
perror("malloc");
return;
}
for (i = 0; i < 10; i++)
{
*(p + i) = i;
}
free(p);
}4.4 对非动态开辟内存使用free释放
错误示范：
int main()
{
int a = 10;
int* ptr = &a;
// 错误的尝试
free(ptr);
return 0;
}在这个例子中，a是在栈上分配的，它的生命周期与包含它的函数相同。不能使用free来释放它，因为free只适用于通过malloc、calloc或realloc等函数在堆上动态分配的内存。
正确代码：
int main()
{
int* a = (int*)malloc(sizeof(int)); if (a == NULL)
{
return 1;
}
*a = 10;
free(a);
a = NULL;
return 0;
}4.5 使用free释放⼀块动态开辟内存的⼀部分
int main()
{
int* a = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (a == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
for (int i = 0; i < 10; ++i)
{
a[i] = i;
}
// 错误尝试：释放内存块的一部分
free(a + 5);
return 0;
}正确的做法是保留原始指针a，并在不再需要整个内存块时调用free(a);来释放它。
正确代码示例：
int main()
{
int* a = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (a == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
for (int i = 0; i < 10; ++i)
{
a[i] = i;
}
// 正确释放整个内存块
free(a);
a = NULL; // 避免野指针
return 0;
}4.6 对同⼀块动态内存多次释放
错误示例：
int main()
{
int* a = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (a == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
free(a);
free(a);//重复释放
return 0;
}正确示范：
int main()
{
int* a = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (a == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
free(a);
a = NULL;
return 0;
}4.7 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
错误示例：
void test()
{
int* a = (int*)malloc(sizeof(int));
if (a == NULL)
{
perror("malloc");
exit(1);
}
}
int main()
{
for (int i = 0; i < 1000; ++i)
{
test(); // 每次调用都会泄漏一个int大小的内存
}
return 0;
}在test函数每次调用都会分配一个新的int大小的内存块，但从未释放它。由于test在main函数的循环中被调用了1000次，因此程序结束时会有1000个int大小的内存块被泄漏。
正确做法在test函数中添加free函数进行释放。
切记：动态开辟的空间⼀定要释放，并且正确释放。
4.8 内存的分布：
五. 练习
题目1：
void GetMemory(char *p)
{
p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(str);
strcpy(str, "hello world");
printf("%s\n", str);
}
GetMemory 函数中分配的内存无法被 Test 函数中的 str 指针访问。因为 C 语言中函数参数是通过值传递的，所以 GetMemory 函数中接收到的 p 是 str 指针的一个副本。当 p 被重新分配内存后，原始的 str 指针在 Test 函数中并未改变，它仍然是一个空指针。
在 strcpy 函数调用中，将字符串 "hello world" 复制到 str 所指向的内存，但由于 str 是 NULL，这将导致程序崩溃。
正确写法：
void GetMemory(char** p)
{
*p = (char*)malloc(100);
if (*p == NULL)
{
perror("malloc");
exit(1);
}
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
GetMemory(&str);
if (str != NULL)
{
strcpy(str, "hello world");
printf("%s\n", str);
free(str);
str = NULL;
}
}题目2：
char *GetMemory(void)
{
char p[] = "hello world";
return p;
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
str = GetMemory();
printf(str);
}
GetMemory函数中的p是一个在栈上分配的字符数组，它包含了字符串"hello world"和一个的终止符\0。当GetMemory返回时，这个数组不再存在，但是str仍然指向原来的内存位置。因此，当在Test函数中使用str时，访问它会导致未定义，可能是崩溃，也可能是打印出其他值。
正确写法：
char* GetMemory(void)
{
char* p = malloc(strlen("hello world") + 1); // 分配足够的内存来存储字符串和终止符
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
exit(1);
}
strcpy(p, "hello world");
return p;
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
str = GetMemory();
if (str != NULL)
{
printf("%s\n", str);
free(str);
}
}在这个修正后的代码中，GetMemory函数使用malloc在堆上分配足够的内存来存储字符串"hello world"和它的终止符。
题目3：
void GetMemory(char **p, int num)
{
*p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(&str, 100);
strcpy(str, "hello");
printf(str);
}
未释放内存：应该在Test函数的末尾添加free(str);
正确写法：
void GetMemory(char** p, int num)
{
*p = (char*)malloc(num);
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
GetMemory(&str, 100);
strcpy(str, "hello");
printf(str);
free(str);
str = NULL;
}题目4：
void Test(void)
{
char *str = (char *) malloc(100);
strcpy(str, "hello");
free(str);
if(str != NULL)
{
strcpy(str, "world");
printf(str);
}
}
free(str)后，str指针并未被置为NULL，在if(str != NULL)检查中，这个条件始终为真。free(str)被调用后，str成为了一个野指针，因为它指向的内存已经被释放，但指针本身的值（内存地址）没有改变。
正确写法：
void Test(void)
{
char* str = (char*)malloc(100);
strcpy(str, "hello");
free(str);
str = NULL;
if (str != NULL)
{
strcpy(str, "world");
printf(str);
}
}
六.柔性数组
6.1 什么是柔性数组
柔性数组，是C99标准中引入的一个特性.在C语言中，结构体的最后一个元素可以是一个大小未知的数组，这就是柔性数组。
typedef struct st_type
{
int i;
int a[0]; //柔性数组成员
};有些编译器会报错无法编译可以改成：
typedef struct st_type
{
int i;
int a[];//柔性数组成员
}type_a;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。
例如：
typedef struct st_type
{
int i;
int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(type_a));//输出的是4
return 0;
}6.2柔性数组的使用
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef struct {
int i;
int a[];
} type_a;
int main()
{
int i = 0;
type_a* p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a) + 100 * sizeof(int));
//业务处理
p->i = 100;
for (i = 0; i < 100; i++)
{
p->a[i] = i;
}
free(p);
return 0;
}6.3柔性数组的优势
代码示例：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef struct st_type
{
int i;
int* p_a;
} type_a;
// 分配内存并初始化type_a结构体的函数
type_a* c_type_a(int size)
{
type_a* p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a));
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return NULL;
}
p->p_a = (int*)malloc(size * sizeof(int));
if (p->p_a == NULL)
{
perror("malloc");
free(p);
return NULL;
}
p->i = size;
for (int i = 0; i < size; i++)
{
p->p_a[i] = 0;
}
return p;
}
int main()
{
type_a* ta = c_type_a(10);
if (ta != NULL)
{
for (int i = 0; i < ta->i; i++)
{
ta->p_a[i] = i;
}
for (int i = 0; i < ta->i; i++)
{
printf("%d ", ta->p_a[i]);
}
printf("\n");
free(ta->p_a);
ta->p_a = NULL;
free(ta);
}
return 0;
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户。⽤⼾调⽤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。
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。
