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存储类别、链接与内存管理(三)

1、malloc函数详解

(1)函数声明

#include <stdlib.h>
void* malloc(size_t size);
  • malloc可以申请一定数量的空闲内存,这样的内存是匿名的,也就是malloc不会为其赋名,但是确实返回动态分配内存块的首元素地址,因此可以把该地址赋给一个指针变量,利用这个指针访问这块内存
  • malloc通常返回一个char类型的指针,因为char表示一个字节。然而从ANSI C标准开始,C使用一个新的类型void*,即一个指向void的指针,相当于一个“通用指针”,由此malloc可以返回多个类型的指针。所以通常malloc的返回值都会强制转化为匹配的类型
  • 把指向void的指针赋给任意类型的指针完全不需要考虑类型匹配的问题
  • 如果malloc分配内存失败就会返回空指针

(2)使用函数

①使用malloc创建一个数组

double* ptd;
ptd = (double*)malloc(30 * sizeof(double));
if(ptd == NULL)//有可能不会分配到内存
{printf("Nunber not correctly entered -- bye");exit(EXIT_FAILURE);//程序异常终止程序
}
//某些使用ptd的程序
free(ptd);//用完后释放申请的空间,将内存还给计算机
ptd = NULL;//并且将还记住地址ptd指针置空

②使用注意事项

  • 如果让ptd指向这块内存的首元素,便可以使用数组名一样使用它,也就是说可以使用ptd[0]、ptd[1]等指针用法
  • ptd指向的是一个double类型的指针,而不是整个30个double类型的块
  • 在C中不一定使用强制转化类型,但是在C++中必须使用,在C中使用强制类型转换更加容易把C程序转化为C++
  • 最后两步是为了避免内存泄露的问题(后面会提到)

③三种创建数组的方式

  • 声明数组,直接用常量表达式表达数组的维度,用数组名访问数组的元素,可以用静态内存或自动内存创建这种数组
  • 声明变长数组(C99新增特性),用变量表达式表达数组的维度,具有这种特性的数组只能在自动内存中存储
  • 声明一个指针,调用malloc函数,将其返回值赋给指针,使用这个指针访问数组的元素,该指针可以是静态的或自动的

2、free函数详解

(1)函数声明

#include <stdlib.h>
void free(void *ptr);
  • free通常都会搭配malloc使用,free的参数是之前mlloc返回的地址,该函数释放之前malloc分配的一块内存。不能使用free释放其他方式(例如声明一个数组后使用free)
  • 这样配套使用的话,malloc分配内存,free释放内存,可以重复利用一块内存空间(内存池)

(2)使用函数

double* ptd;
ptd = (double*)malloc(30 * sizeof(double));
free(ptd);
ptd = NULL;

3、exit函数详解

(1)函数声明

#include <stdlib.h>
void exit(int status);
  • 如果malloc函数分配内存失败,可以调用函数exit结束程序
  • status是返回给父进程的状态值。标准提供了两个返回值(被定义在stdlib.h中)保证在所有的操作系统中都能正常工作,一些操作系统还会接受一些表示其他运行错误的整数值
    • EXIT_FAILURE表示程序异常终止
    • EXIT_SUCCESS(相当于0)表示普通的程序结束

(2)使用函数

int sum = 0;
if(scanf("%d", &sum) != 1)
{printf("Nunber not correctly entered -- bye");exit(EXIT_FAILURE);
}

4、内存泄露的危害

void function(int n)
{double* temp = (double*)malloc(n * sizeof(double));/*假设忘记使用函数free()*/
}
int main()
{for(inţ i = 0; i < 1000000)function(1000000);
}

如果没有使用free函数将malloc申请的内存释放的话1000000*1000000就有可能将所有内存耗尽,这类问题就被称为内存泄露,在函数末尾调用free函数可以避免这类问题。

5、动态内存分配和变长数组的区别

  • 动态内存分配malloc和变长数组(VLA)在功能上有点重合,比如两者都可以用于创建在运行时才确定大小的数组
  • 不同的是,变长数组是自动存储类型。因此程序在离开变长数组定义的块的时候,变长数组占有的空间会被自动释放,不必使用free函数
  • 另外一方面,free所用的指针变量可以与malloc函数的指针变量不同,但是两个指针必须存储相同的地址,并且不能释放两次
  • 对多维数组来说,使用VLA在语法上更加的方便,使用malloc就会显得复杂得多
int n = 5, m = 6;int ar2[n][m];//变长数组(要求支持VLA)int (* p2)[6];//指向一个6元素数组的指针,使用变量p2存储 
int (* p3)[m];//指向一个m元素数组的指针,使用变量p3存储(要求支持VLA)
p2 = (int (*)[6])malloc(n * 6 * sizeof(int));//n*6数组
p3 = (int (*)[m])malloc(n * m * sizeof(int));//n*m数组(要求支持VLA)

6、存储类别和动态内存分配

(1)简单分类内存

可以简单认为程序把它可用的内存分为3部分:

  • 供给具有外部链接、内部链接和无连接的静态变量使用
  • 供给自动变量使用
  • 供给动态内存分配使用(内存堆/堆/自由内存)

(2)三类内存的细节

  • 静态存储类别的变量,使用的内存数量在编译的时候就确定,只要程序还在运行,就可以访问存储在该部分的数据。该类别的变量在程序开始执行时就被创建,在程序结束的时候被销毁
  • 自动存储类别的变量,在程序进入变量定义的块时存在,程序离开块的时候消失。因此,随着程序调用函数和函数结束,自动变量所用的内存数量也在相应的增加或减少。这部分的内存通常作为栈来处理,这意味着新创建的变量按顺序加入内存,然后以相反的顺序销毁
  • 动态分配的内存,在调用malloc函数或相关函数的时候存在,在调用free函数后释放,这一部分的内容由程序员管理,而不是某套规则。另外,未使用的内存块分散在已使用的内存块之间,使用动态内存通常比使用栈内存慢

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