深度解剖动态内存管理

news2024/11/17 13:24:43

> 作者简介:დ旧言~,目前大一,现在学习Java,c,c++,Python等
> 座右铭:松树千年终是朽,槿花一日自为荣。
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🌟前言

我们最初的认识的C语言代码都是静态的,无法实现动态管理。说到这里我们想想,动态内存管理有何意义,不难猜出,当我们需要申请一块空间时,多了我们换回去,少了我们再次申请空间,达到一个动态内存管理,想到这些动作,该如何实现捏,学完本章知识,相信对动态内存管理能了如指掌。

 🌙主体

咱们分三块知识点来讲解,一个是动态内存函数的介绍,常见的动态内存错误,c/c++程序的内存开辟。废话不多说,走起。

🌠动态内存函数的介绍

💤malloc函数

 malloc申请到空间后直接返回这块空间的起始位置地址,不会初始化空间的内容。这里我们看看malloc函数的参数和返回值。

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 0 malloc 的行为是标准是未定义的,取决于编译器。
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。

💤free函数

 free函数专门是用来做动态内存的释放和回收的。

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 NULL 指针,则函数什么事都不做。
举个栗子
#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>

int main()
{
	//代码1
	int num = 0;
	scanf("%d", &num);
	int arr[num] = { 0 };
	//代码2
	int* ptr = NULL;
	ptr = (int*)malloc(num * sizeof(int));
	if (NULL != ptr)//判断ptr指针是否为空
	{
		int i = 0;
		for (i = 0; i < num; i++)
		{
			*(ptr + i) = 0;
		}
	}
	free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存
	//别忘记置空
	ptr = NULL;
	return 0;
}

💤calloc函数

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
所以如何我们对申请的内存空间的内容要求初始化,那么可以很方便的使用calloc函数来完成任务
举个栗子:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)calloc(20, sizeof(int));
	if (NULL != p)
	{
		//使用空间
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}
看使用空间的内存分布:

 💤realloc函数

        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。
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 的空间。
当然 realloc 在调整内存空间的是存在两种情况:
举个栗子
#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>

int main()
{
	int* ptr = (int*)malloc(100);
	if (ptr != NULL)
	{
		//业务处理
	}
	else
	{
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	//扩展容量
	//代码1
	ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);

	//代码2
	int* p = NULL;
	p = realloc(ptr, 1000);
	if (p != NULL)
	{
		ptr = p;
	}
	//业务处理
	free(ptr);
	return 0;
}

🌠常见的动态内存错误

如果我们对动态管理操作不当,会产生一些问题,那我们动态内存的错误有那写呢,我们总结了6个方面,让我们仔细看看到底有哪些错误。

 💤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);
}
这里只 开辟空间,但是空间是空的(NULL),因此会出现解引用操作出错的问题。

  💤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)
	{
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	for (i = 0; i <= 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;//当i是10的时候越界访问
	}
	free(p);
}
当 i 为10时,就发生越界访问。

💤对非动态开辟内存使用free释放

void test()
{
	int a = 10;
	int* p = &a;
	free(p);
}
p是一个非动态内存,因此不可以使用free。

💤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
}
因为p++,p就不再指向动态内存的起始位置。

💤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
}

这里重复对P释放。

💤动态开辟内存忘记释放(内存泄漏)

void test()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	if (NULL != p)
	{
		*p = 20;
	}
}
int main()
{
	test();
	while (1);
}

这里忘记对P空间释放

🌠C/C++程序的内存开辟

1. 栈区( stack ):在执行函数时,函数内 局部变量的存储单元都可以在栈上创建 ,函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中,效率很高,但是分配的内存容量有限。 栈区主要存放运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。
2. 堆区( heap ): 一般由程序员分配释放 , 若程序员不释放,程序结束时可能由 OS 回收 。分 配方式类似于链表。
3. 数据段(静态区)( static 存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放
4. 代码段:存放函数体(类成员函数和全局函数)的二进制代码。

🌠知识拓展

柔性数组: 也许你从来没有听说过 柔性数组( flexible array 这个概念,但是它确实是存在的。
C99 中,结构中的最后一个元素允许是未知大小的数组,这就叫做『柔性数组』成员。
柔性数组的特点:
1.结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。
2.sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。
3.包含柔性数组成员的结构用 malloc () 函数进行内存的动态分配,并且分配的内存应该大于结构的大小,以适应柔性数组的预期大小。
举个栗子
typedef struct st_type
{
    //至少一个其它成员
	int i;
    //不需要开辟空间
	int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
printf("%d\n", sizeof(type_a));//输出的是4

柔性数组的优点:

第一个好处是: 方便内存释放
如果我们的代码是在一个给别人用的函数中,你在里面做了二次内存分配,并把整个结构体返回给
用户。用户调用 free 可以释放结构体,但是用户并不知道这个结构体内的成员也需要 free ,所以你
不能指望用户来发现这个事。所以,如果我们把结构体的内存以及其成员要的内存一次性分配好
了,并返回给用户一个结构体指针,用户做一次 free 就可以把所有的内存也给释放掉。
第二个好处是: 这样有利于访问速度
连续的内存有益于提高访问速度,也有益于减少内存碎片。(其实,我个人觉得也没多高了,反正
你跑不了要用做偏移量的加法来寻址)

 🌟结束语

今天内容就到这里啦,时间过得很快,大家沉下心来好好学习,会有一定的收获的,大家多多坚持,嘻嘻,成功路上注定孤独,因为坚持的人不多。那请大家举起自己的小说手给博主一键三连,有你们的支持是我最大的动力💞💞💞,回见。

 

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