驾驭代码的无形疆界:动态内存管理揭秘

1.:为什么要有动态内存分配

2.malloc和free

2.1:malloc

2.2:free

3.calloc和realloc

3.1:calloc

3.1.1:代码1(malloc)

3.1.2:代码2(calloc)

3.2:realloc

3.2.1:原地扩容

3.2.2:异地扩容

3.2.3:代码1(原地扩容)

3.2.3:代码2(异地扩容)

4:常见的动态内存的错误

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:对非动态开辟的内存使用free释放

4.4:使用free释放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:对动态内存忘记释放(内存泄漏)

5:动态内存经典笔试题分析

5.1:题目1(问运行test函数有什么样的结果)

5.1.1:改法1:传二级指针

5.1.2:改法2:以return的形式返回

5.2:题目2(问运行test函数有什么样的结果)

5.3:题目3(问运行test函数有什么样的结果)

5.3.1:修改后

5.4:题目4(问运行test函数有什么样的结果)

5.4.1:修改后

6:C/C++程序的内存开辟区域划分

嘿嘿,uu们, 今天咱们来详细剖析动态内存管理,好啦,废话不多讲,开干！

1.:为什么要有动态内存分配

通过之前的学习,我们已经掌握的内存开辟方式有

//在栈区上开辟四个字节.
int value = 25;
//在栈空间上开辟40个字节的连续空间.
int arr[10] = {0};

但是上面的开辟空间的方式有两个特点:

1.空间开辟大小是固定的.

2.在C99之前,数组在声明的时候，必须指定数组的长度，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,那么数组的编译时开辟空间的⽅式就不能满足了.

那么C语言引入了动态内存开辟,让我们能够自己开辟和释放空间,这样子的话,就相对来讲比较灵活了.

2.malloc和free

2.1:malloc

C语言提供了一个动态内存开辟的函数, 我们首先来看看官方的解释

void* malloc (size_t size);

malloc这个函数向内存空间申请一块连续可用的空间,并返回指向这块空间的指针.

1: 如果开辟成功,则返回⼀个指向开辟好空间的指针.

2: 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。

3:返回值的类型是 void*, 所以malloc函数并不知道开辟空间的数据类型，因此具体在使⽤的时候由使用者自己来决定.

4: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

当我们自己向内存空间申请了空间后,在使用完后要对其进行释放与回收,那么C语言提供了另外一个函数free,专门用来针对动态内存的释放与回收的.

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,那么该函数什么事都不做.

PS:malloc和free在使用时需要包含stdlib.h头文件.

了解了malloc和free函数后,我们来看个例子.

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	//申请一块空间,用来存放10个整型*/
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		//p[i];
		*(p + i) = i;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}

	/*
	* 由于p指针还会指向原本的地址,此时如果不赋为空指针的话, 那就是野指针了
	* 释放ptr所指向的动态内存
	*/
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

3.calloc和realloc

3.1:calloc

C语言还提供了一个函数叫做calloc，calloc函数也可以用来进行动态内存分配,我们来看看其原型

 void* calloc (size_t num, size_t size);

第一个参数是:元素的个数.

第二个参数是:元素占据内存空间的大小.

该函数的功能是为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都初始化为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.

了解了calloc函数后,我们来看个例子

3.1.1:代码1(malloc)

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	//申请一块空间,用来存放10个整型*/
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		//p[i];
		*(p + i) = i;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}

	/*
	* 由于p指针还会指向原本的地址,此时如果不赋为空指针的话, 那就是野指针了
	* 释放ptr所指向的动态内存
	*/
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

3.1.2:代码2(calloc)

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	//申请一块空间,用来存放10个整型*/
	int* p = (int*)calloc(10,4);
	if (p == NULL)
	{
		perror("calloc");
		return 1;
	}
	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		//p[i];
		*(p + i) = i;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}

	/*
	* 由于p指针还会指向原本的地址,此时如果不赋为空指针的话, 那就是野指针了
	* 释放ptr所指向的动态内存
	*/
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

3.2:realloc

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活
有时候我们会发现过去申请的空间过小或者过大了,那么为了合理的分配内存,我们就会对内存的大小做出灵活的调整.那么realloc函数就可以对动态开辟的内存进行调整.

第一个参数ptr为要调整的起始内存地址.
第二个参数size为调整之后新大小.
返回值为调整之后的内存起始地址.
realloc函数在调整原内存空间大小的基础上,还会将原来内存中的数据拷贝到新的空间.
realloc在调整内存空间存在两种情况
First:原有空间有足够大的空间那么会原地扩容.
Second:原有空间之后没有足够的空间,那么会异地扩容.

3.2.1:原地扩容

当是情况1的时候,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。

3.2.2:异地扩容

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.

综合上述的两种情况,那么realloc函数的使用就要略微注意一些.