动态内存管理基础详解

news2024/11/26 5:48:01

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

功能：

参数和返回值：

注意事项：

tip:

2.2 calloc

2.3 realloc函数

功能：

参数和返回值：

realloc开辟空间的两种情况

realloc会顺序采取以下措施

疑问：那realloc的返回值用原有的指针接受吗？

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、对非动态开辟的内存进行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（内存泄露）开辟空间一定要释放

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 a = 0;
char b[10] = {0};

但是上述的开辟空间的方式有两个特点：

空间开辟的大小是固定的。
数组在申明时，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。有时我们需要的空间大小在程序运行的时候才知道，

那数组的编译时开辟空间的方式就不能满足了。

这时候就只能采用动态内存开辟。

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——malloc

功能：

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。

参数和返回值：

参数是以字节为单位的一个无符号整型，返回值是void*，指向我们开辟这块空间的指针。

注意事项：

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函数的返回值必须要做检查！
返回值的类型是void*，所以malloc函数并不知道开辟空间的类型，具体在使用的时候由使用者自己决定。
如果参数size是0，malloc的行为是标准未定义的。

tip:

malloc申请到空间后，直接返回这块空间的起始地址，不会初始化空间的内容。
malloc申请的内存空间，当程序退出时，还给操作系统，当程序不退出，动态生气的内存是不会主动释放的，需要用free函数来释放。
每当free函数释放空间后，指针就没有被指向的内容，为了防止野指针，需要将其设为控制在（即每次使用free函数后，都需要置成空指针）
free函数不能释放非动态开辟的内存空间，这种行为是标准未定义的
如果free函数的参数是空指针，则free函数什么都不做

int main()
{
	//int arr[10];
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	//开辟成功
	for (int i=0;i<10;i++)
	{
		printf("%d\n", *(p + 1));
	}
	return 0;
}

2.2 calloc

C语言还提供了一个函数是calloc，calloc函数也用来动态内存分配，原型如下：

函数的功能是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每个字节初始化为0

举个例子：

2.3 realloc函数

功能：

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活，调整对动态内存的大小。

参数和返回值：

ptr是要调整的内存地址，size是调整之后的新大小（以字节为单位），返回值为调整之后的内存起始位置。如果ptr为空指针，那么函数的功能与malloc函数一样。

realloc开辟空间的两种情况

1、原始空间的后面空间足够

直接返回原始空间的起始地址

2、原始空间的后面空间不够

realloc会顺序采取以下措施

（1）、开辟新的空间

（2）、会将旧的空间中的数据拷贝到新的空间

（3）、释放旧的空间

（4）、返回新空间的起始地址

疑问：那realloc的返回值用原有的指针接受吗？

回答：不能，因为假如realloc增容失败，会返回空指针，而原有的指针指向的空间还没有释放，就被置成空指针，这就造成了内存泄露！因此我们应该用一个新的指针去接受，然后判断增容是否成功，如果成功，就将新指针的内容赋给原有的指针，否则程序结束。

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		perror(malloc);
		return 1;
	}
	for (int i=0;i<2;i++)
	{
		*p = i + 1;
		p++;
		//p[i]=i+1;
	}
	int* ret = (int*)realloc(p, 80);
	if (ret == NULL)
	{
		perror(realloc);
		return 1;
	}
	p = ret;
	for (int i=0;i<20;i++)
	{
		printf("%d\n", p[i]);
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

上面是正确的使用realloc增容的方式。如果减容，直接size输入一个小于原来的值即可。