C语言——动态内存分配

        前言：通过前面的学习，我们知道C语言中在内存中开辟空间的方法有：变量和数组。既然拥有了开辟空间的方法，我们为什么还要学习动态内存分配呢？

int val = 20;  //在内存中开辟四个字节的空间
int arr[10] = { 0 }; //在内存中开辟四十个字节的连续空间

        变量和数组确实可以在内存中开辟空间，但它们也有一些不足的点 ：①、开辟的空间大小是固定的，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。但很多时候我们无法一开始就知道程序到底需要多少内存，使用数值和变量当程序需要的内存变大时，数组和变量开辟的空间是无法变大的，满足不了程序的需求，动态内存正是在这样的基础上诞生。

        一、动态内存函数：

1.1malloc和free：

1.1.1mall函数语法和使用：

malloc函数语法：

 malloc函数作用：动态开辟内存，可以向内存申请一块连续可以的空间，并返回指向这块空间的指针。

malloc开辟空间指针返回注意点：

        如果间开辟成功时，返回指向该空间的指针。
        如果开辟空间失败，返回一个NULL指针。
        malloc函数的返回值类型为：void* 类型，malloc函数不会指定开辟空间的类型，具体类型由使用者决定。

函数头文件：        stdlib.h 

C++plus地址：malloc - C++ 参考 (cplusplus.com)

int main()
{int* p = (int*)malloc(40);return 0;
}

空间打印演示：

int main()
{int* p =(int*) malloc(40);//判断空间是否开辟成功if (p == NULL){perror("malloc"); //开辟失败报错return 1;}//开辟成功int i = 0;for ( i = 0; i < 10; i++){printf("%d\n",*(p+1)); //以十进制打印指针内容} return 0;
}

代码里面的 int* p =(int*) malloc(40); 与int arr[10] 具有相同的效果，int类型为4个字节，10个int类型的数据刚好大小为40个字节。

malloc函数开辟内存块的大小，以字节为单位。是无符号整数类型（size_t）;

malloc申请的空间在内存中的存储位置：

malloc申请空间后 ：

malloc 申请到空间后，直接返回的是这快空间的起始地址，不会初始化该空间的内容。所以是上面的代码打印过程中，我们会发现打印的值为一些不正常的数字。

int main()
{int* p = (int*)malloc(40);if (p == NULL){perror("malloc");return 1;}int i = 0;for ( i = 0; i < 10; i++){*(p+i) = i;}for ( i = 0; i < 10; i++){printf("%d ",*(p+i));}free(p);return 0;
}

        上面代码中最后在完成打印数据时，书写了free(p); 的语句，当我们将它去掉，在VS中就行打印时，视乎也没有什么特别大的问题，但这里却必须要使用它，这是为什么呢？

1.1.2 free函数：

free函数语法：

void free (void* ptr);

        free函数的作用：动态内存的释放和回收。

free函数注意点：

        ①、如果ptr指向的空间不是动态开辟的，那么函数free的行为就是未定义行为。

        ②、如果参数ptr是NULL指针，则函数什么事情都不用做。

函数头文件：stdlib.h

 C++plus地址：free - C++ 参考 (cplusplus.com)

1.2calloc和realloc函数：

        前面我们学习了malloc同态内存开辟，calloc函数的作用也是进行动态内存开辟的.

calloc函数语法：

 函数功能：开辟num个大小为size的元素开辟一块空间，并且会将空间的每个字节初始化为0。

int main()
{int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int)); //calloc动态空间开辟，大小40字节if (p == NULL){perror("calloc"); //错误检测}//打印数据int i = 0;for ( i = 0; i < 10; i++){printf("%d ",p[i]);}free(p);return 0;
}

realloc函数语法：

         ptr 是要调整的内存地址，size调整之后新大小。

        realloc的返回值为调整后的内存起始位置。

        realloc函数不仅会调整原内存空间大小，还会将原来内存中的数据移动到新的空间。

realloc函数调整内存空间的两种情况：

        ①、原有空间之后有足够大的空间。

直接在原有内存之后追加空间，原空间的数据不变。 

        ②、原有空间之后没有足够大的空间。

第二种情况时，会开辟新的空间，并且将就的空间中的数据拷贝到新的空间中，释放旧的空间，并且返回新空间的地址。 

函数使用代码：

int main()
{int* p = (int*)malloc(40);if (p == NULL){perror("malloc");return 1;}//初始化为1~10int i = 0;for ( i = 0; i < 10; i++){p[i] = i + 1;}//扩展空间int* ptr = realloc(p,80);if (ptr != NULL){p = ptr;}return 0;
}

1.3常见的动态内存错误：

        1.对NULL指针进行解引用操作：

int main()
{int* p = (int*)malloc(INT_MAX/4);*p = 20;free(p);
}

 2、对动态开辟的空间越界访问：

int main()
{int i = 0;int* p = (int*)malloc(10*sizeof(int));if (NULL == p){perror(malloc);}for ( i = 0; i <= 10; i++){*(p+i) = i;}free(p);
}

3、对非动态开辟内存使用free释放：

int main() 
{int a = 10;int* p = &a;free(p);
}

4、同一块空间多次释放： 

int main()
{int i = 0;int* p = (int*)malloc(10*sizeof(int));if (NULL == p){perror(malloc);}for ( i = 0; i < 10; i++){*(p+i) = i;}free(p);p = NULL;free(p); //错误地方。return 0;
}

5、动态内存开辟忘记释放：（内存泄漏）

int main()
{int* p =(int*) malloc(40);//判断空间是否开辟成功if (p == NULL){perror("malloc"); //开辟失败报错return 1;}//开辟成功int i = 0;for ( i = 0; i < 10; i++){printf("%d\n",*(p+1)); //以十进制打印指针内容} return 0;
}