浅谈C语言动态内存分配

news2024/9/22 4:12:42

1、什么是动态内存分配

正常情况下，我们创建变量，都是向计算机内存中申请一个静态的内存，也就是说，一旦申请成功，这块内存的大小便不能再改变，并且能申请多少内存在一定程度上都是确定的。比如说，你要创建一个容纳10个整型的数组，计算机就给你分配40个字节的空间，不可能多，也不可能少，这个你想要去更改是绝无可能的。

但若是我们想要去创建这样的一块内存，它能根据程序员的心意，当不够的时候，这块内存便增多，当冗余的时候，这块内存便减少，所以我们便需要引入动态内存。

2、动态内存分配的四个关键函数

要想实现动态内存分配，需要掌握4个关键函数：malloc、calloc、realloc和free。接下来，我们一一介绍这四个函数。

A、malloc

malloc函数是用来开辟动态内存块的，其中的参数size是要开辟的内存块大小，单位是字节

malloc函数的返回类型是void*，具体而言，返回的是开辟内存块的起始地址。

接下来我们使用malloc函数开辟一块动态内存空间并进行相应操作：

以上有两个注意点：

1、申请动态内存并不是什么时候都能成功，当你申请的内存空间太大,申请就会失败，此时malloc函数会返回NULL，而我们知道空指针是不能进行解引用操作的。因此，在使用动态内存的时候，进行相应的检测，确认不是空指针后再使用是必须的

2、当申请的动态内存不再使用后，一定要使用free函数将相应的动态内存释放，并将相应的指针变量置为空指针（防止野指针）

上述代码输出结果如下所示：

B、calloc

calloc函数也是用来开辟内存空间的，不过与malloc有所不同

calloc的参数num，是指你要开辟的内存空间中包含的元素个数,size则是该元素类型的大小（字节），实质上是在内存空间中开辟数组

calloc的返回类型还是void*，返回开辟内存空间的首地址

calloc与malloc最大的不同在于，calloc会将其开辟内存空间中的各成员都初始化为0，而malloc开辟的内存空间中则是放随机值

接下来，我们用calloc开辟一块放10个整型元素的内存空间：

输出结果与上面相同：

C、realloc

开辟了动态内存空间后，如果我们想要修改动态内存则使用realloc函数

realloc函数的memblock参数，要求的是动态内存块的起始地址

size则是程序员想要重新设置的动态内存的大小

realloc的返回类型依旧是void*，返回的具体值由于重新开辟动态内存的方式不同，可以分为以下两种：

1、返回原动态内存的起始地址，即memblock.

2、返回重新开辟的动态内存的起始地址

在计算机内存允许的情况下，realloc函数在原先动态内存块的基础上增删相应字节，此时返回的便是memblock。

一般来说，减少内存都是没问题的，但关键在于增加动态内存时，可能这块动态内存空间之后的内存已经被使用了，这样的话，便无法在原先的基础上续增，此时realloc函数便在内存中重新找到一块空间开辟动态内存，并且将之前动态内存中的数据全部拷贝到新的动态内存中，同时释放之前的动态内存，最后返回新的动态内存块的起始地址

以下对realloc进行简单的使用：

int main()
{
	
	int* p = (int*)calloc(10,4);//开辟40字节的动态内存空间
	//注意强制类型转换
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		//讲错误码转换为错误信息并打印
		return 1;//异常返回
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;//操作开辟的40字节的动态内存
	}
	int* ptr = (int*)realloc(p, 80);//将动态内存扩展为80个字节
	if (ptr == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		//讲错误码转换为错误信息并打印
		return 1;//异常返回
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *(ptr + i));
	}
	free(ptr);
	ptr = NULL;
	p = NULL;
	return 0;
}

将这段代码调试起来，我们可以发现ptr的值与p的值相同，说明这里realloc函数修改动态内存是采用续接的方式，这里续接了40个字节.

当然，我们能不能使用realloc函数进行动态内存空间的开辟呢？也是可以的，只要我们传参时将realloc函数的第一个参数置为NULL即可,如下所示：

D、free

free函数是用来将创建的动态内存空间释放的，参数memblock，即所要释放的动态内存的起始地址，无返回类型

为什么要进行动态内存释放呢？当一块动态内存不再使用时，由于动态内存是在堆区中创建的，所以除非主函数结束，否则这块内存空间是不会释放的。所以，如果频繁地创建动态内存空间，却不进行合理释放的话，极易造成可用内存空间的减少，内存碎片化，同时也会引发内存泄漏（动态内存空间不再使用，但又未释放，即为内存泄漏）

所以，动态内存空间不再使用时，一定要用free函数进行释放，同时将相应的指针变量置为空指针。