[C语言]——动态内存管理

目录

一.为什么要有动态内存分配

二.malloc和free

1.malloc

 2.free

三.calloc和realloc

1.calloc

2.realloc

3.空间的释放​编辑

四.常见的动态内存的错误

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）

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一.为什么要有动态内存分配

我们已经掌握的内存开辟方式有：

int val = 20;//在栈空间上开辟四个字节
char arr[10] = {0};//在栈空间上开辟10个字节的连续空间

但是上述的开辟空间的方式有两个特点：

• 空间开辟大小是固定的。
• 数组在申明的时候，必须指定数组的长度，数组空间⼀旦确定了大小不能调整

但是对于空间的需求，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。 C语言引入了动态内存开辟，让程序员自己可以申请和释放空间，就比较灵活了。

二.malloc和free

1.malloc

C语言提供了⼀个动态内存开辟的函数：

void* malloc (size_t size);

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。

• 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，只知道申请多大的空间，具体在使用的时候使用者自己来决定。
• 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。
• malloc申请的空间是在内存的堆区

 2.free

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的，函数原型如下：

void free (void* ptr);

free函数用来释放动态开辟的内存。

• 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 是NULL指针，则函数什么事都不做。

malloc和free都声明在 stdlib.h 头文件中。

举个例⼦：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{int num = 0;scanf("%d", &num);int arr[num] = {0};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ptr = NULL;//是否有必要？return 0;
}

三.calloc和realloc

1.calloc

C语言还提供了⼀个函数叫 calloc ， calloc 函数也⽤来动态内存分配。原型如下：

void* calloc (size_t num, size_t size);

• 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。

举个例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{int *p = (int*)calloc(10, sizeof(int));if(NULL != p){int i = 0;for(i=0; i<10; i++){printf("%d ", *(p+i));}}free(p);p = NULL;return 0;
}

输出结果：

0 0 0 0 0 0 0 0 0 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。

2.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，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。

函数原型如下：

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

• 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新的空间。

realloc调整空间失败，会返回NULL

realloc在调整内存空间成功的是存在两种情况：

•     情况1：原有空间之后有足够大的空间
•     情况2：原有空间之后没有足够大的空间

情况1：

当是情况1的时候，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：

当是情况2的时候，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。 由于上述的两种情况，realloc函数的使⽤就要注意⼀些。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
//空间不够，想要扩大空间int *ptr = (int*)malloc(100);if(ptr != NULL){//业务处理}else{return 1; }//扩展容量//代码1 - 直接将realloc的返回值放到ptr中ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//这样可以吗？(如果申请失败会如何？)//代码2 - 先将realloc函数的返回值放在p中，不为NULL，在放ptr中int*p = NULL;p = realloc(ptr, 1000);if(p != NULL){ptr = p;}//业务处理 释放空间free(ptr);return 0;
}

 realloc函数除了能够调整空间之外，还能实现和malloc一样的功能

3.空间的释放

四.常见的动态内存的错误

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; //p指向的空间不再是堆区上的空间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();while(1);}

忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄漏。 切记：动态开辟的空间⼀定要释放，并且正确释放。