动态内存管理 （上）

news2024/11/28 8:30:50

目录

1. 为什么要有动态内存分配

 2. malloc和free

2.1 malloc

2.1 1 malloc 申请空间和数组的空间有什么区别呢？

2.2 free

3. calloc和realloc

3.1 calloc

 3.2 realloc

 4. 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. 题⽬1：

5.2 题⽬2：

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和free

2.1 malloc

void* malloc (size_t size);

 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。

• 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。malloc的头文件是<stdlib.h>

那么malloc如何开辟和使用呢？


#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));//malloc 默认的，类型是 void 所以得强转
	if (p == NULL)
	{
		//空间开辟失败
		perror(malloc);
		return 1;//return返回1 是异常的
	}
	//成功就可以使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i + 1;

	}


	return 0;
}

 当我们把十个数字都进去 ，会是怎样的呢？

 

2.1 1 malloc 申请空间和数组的空间有什么区别呢？

1.动态内存大小可以调节，

2.开辟的空间不一样，还记得前面给大家说的 局部变量，全局变量的存放吗？

忘了的话也没关系，我在给大家复习一下。

 大家应该有所理解了吧。

当然上面的代码还是不是很完善，malloc需要加上free 把内存空间释放。

2.2 free

C语⾔提供了另外⼀个函数free，专⻔是⽤来做动态内存的释放和回收的，函数原型如下：

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。

malloc和free都声明在 stdlib.h 头⽂件中。

我们看看free 在内存中如何实现的。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));//malloc 默认的，类型是 void 所以得强转
	if (p == NULL)
	{
		//空间开辟失败
		perror("malloc");
		return 1;//return返回1 是异常的
	}
	//成功就可以使用
	/*int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i + 1;

	}*/
	free(p);
 	return 0;
}

 

 那么p指向的空间不属于当前程序，但是还可以找到这块空间， 这时候p就是野指针了。

那么有什么方法避免呢？

那就是在free后面 ，加 p =NULL； 就把这个栓起来。

 可以发现加上了 p =NULL；真的就释放了

malloc 和free 最好成对使用。

3. calloc和realloc

3.1 calloc

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。

 

#include <stdio.h>
#incldue <stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror("calloc");
		return 1;
	}
	
		int i = 0;
		for (i = 0; i < 10; i++)
		{
			printf("%d ", p[i]);
		}
		free(p);
	p = NULL;

 3.2 realloc

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。

• 有时会我们发现过去申请的空间太⼩了，有时候我们⼜会觉得申请的空间过⼤了，那为了合理的使 ⽤内存，我们⼀定会对内存的⼤⼩做灵活的调整。

那 realloc 函数就可以做到对动态开辟内存⼤ ⼩的调整。

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

 情况1

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。

情况2

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,将旧地址数据拷贝到新地址数据，旧地址释放。这样函数返回的是⼀个新的内存地址

int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror("calloc");
		return 1;
	}
	
		int i = 0;
		for (i = 0; i < 10; i++)
		{
			printf("%d ", p[i]);
		}


		//想要空间变成20字节，
		int* ptr = (int*)realloc(p,20 * sizeof(int));
		if (ptr != NULL)
		{
			p = ptr;
		}



		free(p);  
	p = NULL;

	return 0;
}

 4. 常⻅的动态内存的错误

4.1 对NULL指针的解引⽤操作

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);

}

4.2 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)
    {
        perror("malloc");
    }
    for (i = 0; i <= 10; i++)
    {
        *(p + i) = i;//当i是10的时候越界访问
    }
    free(p);
}
int main()
{

    test();
 

 就会出现越界访问

 4.3对⾮动态开辟内存使⽤free释放

int main()
{
    int a = 10;
    int* p = &a;
    free(p);
    p = NULL;

    return 0;
}

 4.4 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
}

 4.5 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
}

 4.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

void test()
{
	int flag = 1;

	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		return;
	}
	if (flag == 1)//如果执行了这里，无法执行后面，那么可能会导致内存的泄露。
	{
		return;
	}

	free(p);
	p = NULL;
 }
int main()
{

	test();

}

int main()
{
    int* p = (int*) realloc(NULL,40);//== malloc （40*sizeof(int )）
    if (p == NULL)
    {

    }
    return 0;
}

5. 题⽬1：

可以来看看哪里出了问题。

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

void GetMemory(char* p)// 形参是实参的一块临时拷贝
{
	p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;//因为传的是空指针，
	GetMemory(str);//把str的值传过去，
	strcpy(str, "hello world");
	printf(str);// 最后的结果是程序是崩溃，还存着内存泄露的问题，因为malloc 无法释放。
}

那么如何修改呢？ 

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
void GetMemory(char** p)//一级指针传参，二级指针接受
{	
	*p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(&str);//把地址传过去
	strcpy(str, "hello world");
	printf(str);
	free(str);//释放空间
	str = NULL;
}
int main()
{
	Test();


	return 0;
}

5.2 题⽬2：

char* GetMemory(void)
{
	char p[] = "hello world";
	return p;
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	str = GetMemory();
	printf(str);
}
int main()
{
	Test();

	return 0;
}

这个题目到底能不能运行呢？

他会打印随机值 ，这是为什么呢，因为在形参使用完后就销毁了，所以传的就是随机值，

 今天先到这吧 下回再分说

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