408学习笔记-16-C-动态内存管理
1、为什么要有动态内存分配
常规定义出来的变量,它们的大小都是已经规定好的,即在内存中开辟的内存空间都是固定的;且空间大小不可调整,可能会造成内存空间的浪费。
于是C语言引入了动态内存开辟功能,让程序员自己可以申请和释放空间,就比较灵活了。
2、malloc函数与free函数
2.1、动态内存开辟函数malloc
函数格式:void* malloc (size_t size)
。
这里的size
是指所要开辟的空间的大小,单位为byte
。
函数功能:这个函数向堆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。
注意:
1、如果开辟成功,则返回一个指向所开辟的空间的指针,也就是所开辟的空间的首地址。
2、malloc
所开辟的空间是堆空间,与之前所学的栈空间不同,且在仅开辟而未初始化的情况下,新开辟的空间里是随机值
。
3、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。
4、返回值的类型是void*
,所以malloc
函数并不知道自己所开辟的空间的类型,在后续的使用中可以通过类型转换来获得使用者想要类型的指针
5、如果参数size
为0
,malloc
的行为是C标准中未定义的,取决于编译器。
6、malloc
函数在使用前需要包含头文件<stdlib.h>
。
7、当我们定义一个指针变量p
用于接收malloc
函数的返回值时,指针变量p
是在栈内存中,而p
所指向的空间在堆内存,也就是说若在子函数中定义这样的一个指针变量去接收malloc
的返回值,若子函数结束时,即指针变量p
被回收时,依然没有对所申请的堆空间进行释放,则这片堆空间将得不到释放。
2.2、动态内存释放函数free
函数格式:void free (void* ptr)
。
函数作用:free
函数用来释放动态开辟的内存。
函数出现的原因:因为在堆空间中开辟的内存空间,在程序运行结束后不会被操作系统回收释放。因为操作系统维护的是栈空间,而堆空间由库函数来维护,所以需要用专属的库函数来手动清除堆区中的内存空间,如若不回收释放,则即使程序运行结束,栈区中的已使用的空间依然会被持续占用。
矛盾,后续改正:
注意:
1、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。
2、ptr
必须是动态开辟的空间的首地址,否则free函数会报错。
3、如果参数ptr
是NULL
指针,则函数什么事都不会做。
4、malloc
和free
都声明在<stdlib.h>
头文件中。
5、free
函数只会释放使用函数malloc
时所规定大小的内存空间,而通过访问越界等手段使用到的空间并不会被回收释放。
6、free
函数只对指向动态内存空间的指针起作用,对其他指针不起作用。
7、free
函数仅对动态内存空间的首地址起作用,而对指向动态内存空间中的某一部分的指针不起作用。
8、对同一块堆内存空间多次使用free
也是错误的。
9、如若忘记使用free
,则会导致内存泄漏,特别容易出现在于子函数中使用动态内存开辟函数,而忘记在子函数中使用free
的这种情况。
3、calloc函数和realloc函数
3.1、动态内存空间开辟函数calloc
C语言还提供了calloc
,calloc
这两个函数用来实现动态内存分配。
函数格式:void* calloc (size_t num, size_t size)
。
函数作用: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
。
所以如果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。
3.2、动态内存空间调整函数realloc
realloc
函数的出现让动态内存管理更加灵活。
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,为了合理的使用内存,我们一定会需要对所申请的内存空间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空间大小的调整。
函数格式:void* realloc (void* ptr, size_t size)
。
函数功能: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空间的起始位置。
注意:
1、这个函数在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。
2、realloc
在调整动态内存空间时,存在三种情况:
(1)情况1:原有空间之后有足够大的空间。在此情况下,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。
(2)情况2:原有空间之后没有足够大的空间。在此情况下,原有空间之后没有足够多的空间时,扩展的方法是:在堆空间中另开辟一个满足大小要求的连续空间,接着将原来空间里的数据拷贝一份到新的空间,然后释放旧的空间,最后返回新的内存空间的起始地址。
(3)情况3:空间调整失败,返回空指针NULL
。
3、在使用此函数后,一定要对返回值进行验证,验证其是否为空指针。
4、realloc不具有类似于calloc
函数一样的自动初始化功能,也就是说,通过realloc
补充出来的空间,里面在初始化前都是随机数据。
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