前言
📕作者简介：热爱跑步的恒川，致力于C/C++、Java、Python等多编程语言，热爱跑步，喜爱音乐的一位博主。
📗本文收录于C语言进阶系列，本专栏主要内容为数据的存储、指针的进阶、字符串和内存函数的介绍、自定义类型结构、动态内存管理、文件操作等，持续更新！
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动态内存管理
- 1. 为什么存在动态内存分配
- 2. 动态内存函数的介绍
- 2.1 malloc和free
- 2.2 calloc
- 2.3 realloc
- 3. 常见的动态内存错误
- 3.1 对NULL指针的解引用操作
- 3.2 对动态开辟空间的越界访问
- 3.3 对非动态开辟内存使用free释放
- 3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分
- 3.5 对同一块动态内存多次释放
- 3.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
1. 为什么存在动态内存分配
我们已经掌握的内存开辟方式有：
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，必须指定数组的长度，它所需要的内存在编译时分配。
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。
这时候就只能试试动态存开辟了。
2. 动态内存函数的介绍
2.1 malloc和free
C语言提供了一个动态内存开辟的函数：
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。
C语言提供了另外一个函数free，专门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。
举个例子：
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
//张三
//申请
int* p = (int*)malloc(20);
if (p == NULL)
{
printf("%s\n", strerror(errno));
return 1;
}
//使用
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++)
{
p[i] = i + 1;
}
for (i = 0; i < 5; i++)
{
printf("%d ", *(p + i));
}
//释放
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
代码结果：
1，2，3，4，5
那我们试一试直接打印开辟的动态空间，看看里面的内容是什么？
int main()
{
//张三
//申请
int* p = (int*)malloc(20);
if (p == NULL)
{
printf("%s\n", strerror(errno));
return 1;
}
//使用
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++)
{
printf("%d ", p[i]);
}
//释放
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
代码结果：
-842150451 -842150451 -842150451 -842150451 -842150451
发现malloc开辟的动态空间打印的是随机值
2.2 calloc
C语言还提供了一个函数叫 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。
举个例子：
int main()
{
int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
if (p == NULL)
{
printf("calloc()-->%s\n", strerror(errno));
return 1;
}
//使用
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", p[i]);
}
//释放
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
代码结果：
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
发现calloc开辟的动态空间打印的是0。
calloc和malloc的对比：
- 参数都是不一样的
- 都是在堆区上申请的内存空间，但是malloc不初始化，calloc会初始化为0
如果要初始化，就使用calloc
不需要初始化，就可以使用malloc
2.3 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，那为了合理的时候内存，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。
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。这样函数返回的是一个新的内存地址。
由于上述的两种情况，realloc函数的使用就要注意一些。
举个例子：
int main()
{
int* p = (int*)malloc(20);
if (p == NULL)
{
printf("%s\n", strerror(errno));
return 1;
}
//使用
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++)
{
p[i] = i + 1;
}
int* ptr = (int*)realloc(p, 400000);
if (ptr != NULL)
{
p = ptr;
//使用
for (i = 5; i < 10; i++)
{
p[i] = i + 1;
}
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", p[i]);
}
}
//释放
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
方案一：realloc函数返回的是旧地址
方案二：realloc函数返回的是新地址
- realloc会找更大的空间
- 将原来的数据拷贝到新的空间
- 释放旧的空间
- 返回新空间的地址
3. 常见的动态内存错误
3.1 对NULL指针的解引用操作
int main()
{
int* p = (int*)malloc(20);
//可能会出现对NULL指针的解引用操作
//所以malloc函数的返回值要判断的
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++)
{
p[i] = i;
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
3.2 对动态开辟空间的越界访问
int main()
{
int* p = (int*)malloc(20);
if (p == NULL)
{
printf("%s\n", strerror(errno));
return 1;
}
//可能会出现对NULL指针的解引用操作
//所以malloc函数的返回值要判断的
int i = 0;
//越界访问
for (i = 0; i < 10; i++)
{
p[i] = i;
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
3.3 对非动态开辟内存使用free释放
//对非动态开辟内存使用free释放
int main()
{
int arr[10] = { 1,2,3,4,5 };
int* p = arr;
//....
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分
//使用free释放一块动态开辟内存的一部分
int main()
{
int* p = (int*)malloc(40);
if (p == NULL)
{
printf("%s\n", strerror(errno));
return 0;
}
int i = 0;
//[1] [2] [3] [4] [5] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]
for (i = 0; i < 5; i++)
{
*p = i + 1;
p++; //这种写法不可取，如果想要释放整个空间，必须将p放在起始位置上才可以
}
//释放
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
*p = i + 1;
p++; //这种写法不可取，如果想要释放整个空间，必须将p放在起始位置上才可以，不然程序会崩溃掉
3.5 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
}
3.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
//一直在吃内存，内存不释放
void test()
{
int* p = (int*)malloc(100);
if (NULL != p)
{
*p = 20;
}
}
int main()
{
test();
while (1);
}
忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄漏。
切记：
动态开辟的空间一定要释放，并且正确释放 。
提示：
malloc，calloc，realloc，所申请的空间，如果不想使用，需要free释放
如果不使用free释放：程序结束之后，也会由操作系统回收！
如果不使用free释放，程序也不结束，内存就会泄露。
工作时：
自己申请的，尽量自己释放
自己不释放的，告诉别人来释放
这样就可以避免动态内存泄漏的问题
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