C进阶—动态内存管理

动态内存分配的原因

常见的内存开辟方式：

int a = 10;//在栈空间上开辟4个字节
char arr[10] = {0};//在栈空间上开辟连续的10个字节

上述开辟的空间问题：
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

但有时需要程序运行时才知道空间大小，所以需要动态内存开辟

动态内存函数

malloc

void* malloc (size_t size);

该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，具体在使用的时使用者自己来决定
• 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

free

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

calloc

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

realloc

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

realloc函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整，size的大小是总的大小，比如已经用malloc开辟了40个字节的空间，size=60，就是开辟40+20个字节的空间

• 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
• 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
  • 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

C/C++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

柔性数组（flexible array）：C99 中，结构中的最后一个元素允许是未知大小的数组，这就叫做『柔性数组』成员

typedef struct st_type
{
int i;
int a[0];//柔性数组成员
}type_a;

柔性数组特点

• 结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员
• sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存
• 包含柔性数组成员的结构用malloc(0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

柔性数组好处

• 方便内存释放
• 有利于访问提升速度

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>struct S
{int n;int arr[0];//柔性数组
};int main()
{printf("%d\n", sizeof(struct S));//4struct S* s = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 40);//4+40if (s == NULL){perror("s");return 1;}s->n = 100;int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){s->arr[i] = i;}//扩容struct S* ptr = (struct S*)realloc(s, sizeof(struct S) + 40 + 20);if (ptr == NULL){perror("ptr");return 1;}s = ptr;s->n = 15;printf("%d\n", s->n);for (i = 0; i < 15; i++){printf("%d ", s->arr[i]);}//释放free(s);s = NULL;return 0;
}