C语言：动态内存（一篇拿捏动态内存！）

目录

学习目标： 

为什么存在动态内存分配 

动态内存函数：

1. malloc 和 free

2. calloc

3. realloc

常见的动态内存错误：

1. 对NULL指针的解引用操作

2. 对动态开辟空间的越界访问

3. 对非动态开辟内存使用free释放

4. 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

5. 对同一块动态内存多次释放

6. 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

程序的内存开辟：

柔性数组：

柔性数组的使用:

柔性数组的优势:

 以上就是个人学习见解和学习的解析，欢迎各位大佬在评论区探讨！

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学习目标： 

为什么存在动态内存分配？

动态内存函数的介绍：

1、malloc；

2、free；

3、calloc；

4、realloc；

5、常见的动态内存错误；

6、内存开辟；

6、柔性数组。

为什么存在动态内存分配 

一般的开辟空间的方式有两个特点：

1. 空间开辟大小是固定的。

2. 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

        由于对空间的需求，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。

动态内存函数：

1.malloc和free

void*  malloc (size_t size);

  size：内存块的大小（以字节为单位）。是无符号整型。 size_t

1.1 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。

1.2 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。

1.3 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。

1.4 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，函数原型如下：

void  free (void* ptr);

 ptr：指向先前分配有的内存块的指针。

1.1 free 函数用来释放动态开辟的内存。

1.2 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。

1.3 如果参数 ptr 是 NULL 指针，则函数什么事都不做。

1.4 malloc和free都声明在 stdlib.h 头文件中。

#include <stdio.h>int main()
{//静态代码int num = 0;scanf("%d", &num);int arr[num] = {0};//动态代码int* ptr = NULL;ptr = (int*)malloc(num*sizeof(int));//判断ptr指针是否为空if(NULL != ptr){int i = 0;for(i=0; i<num; i++){*(ptr+i) = 0；}}//释放ptr所指向的动态内存free(ptr);ptr = NULL;return 0;
}

2. calloc

void* calloc (size_t num, size_t size);

  num：要分配的元素数。

    size：每个元素的大小。

2.1 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。

2.2 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>
#include <stdlib.h>
int main()
{int *p = (int*)calloc(10, sizeof(int));if(NULL != p){//使用这块空间}free(p);p = NULL;return 0;
}

3.realloc

        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。

void*  realloc (void* ptr, size_t size);

        

        ptr：指向先前分配有的内存块的指针。或者这可以是一个 空指针，在这种情况下，将分配一个新块（就像被调用一样）。

        size：内存块的新大小（以字节为单位）。是无符号整型。 size_t

3.1 ptr 是要调整的内存地址。

3.2 size 调整之后新大小。

3.3 返回值为调整之后的内存起始位置。

3.4 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。

3.5 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

                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 ：原有空间之后没有足够大的空间

               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。

#include <stdio.h>
int main()
{int *ptr = (int*)malloc(100);if(ptr != NULL){//业务处理}else{exit(EXIT_FAILURE);    }//扩展容量//ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//这样可以吗？(如果申请失败会如何？)int*p = NULL;p = realloc(ptr, 1000);if(p != NULL){ptr = p;}free(ptr);return 0;
}

常见的动态内存错误：

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);
}

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){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);
}

3. 对非动态开辟内存使用free释放

void test()
{int a = 10;int *p = &a;free(p);//ok?
}

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
}

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
}

6. 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();return 0;
}

程序的内存开辟：

C/C++程序内存分配的几个区域：

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。

柔性数组：

typedef struct st_type

{

        int i ;

        int a []; // 柔性数组成员

} type_a ;

有些编译器会说上述定义错误，可改成：

typedef struct st_type

{

        int i ;

        int a [ 0 ]; // 柔性数组成员

} type_a ;

1.1 结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。

1.2 sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。

1.3 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。

typedef struct st_type

{

int i ;

int a [ 0 ]; // 柔性数组成员

} type_a ;

printf ( "%d\n" , sizeof ( type_a )); // 输出的是 4

柔性数组的使用:

int i = 0;
//这样柔性数组成员a，相当于获得了100个整型元素的连续空间。
type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int));
//业务处理
p->i = 100;
for(i=0; i<100; i++)
{p->a[i] = i;
}
free(p);

柔性数组的优势:

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(开辟的空间中间的间隔内存没有被利用)。

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