C语言——动态内存管理 malloc、calloc、realloc、free的使用

目录

一、为什么存在动态内存分配

二、动态内存函数的介绍

2.1malloc和free

2.2calloc

2.3realloc

三、常见的动态内存错误

3.1对NULL指针的解引用操作

3.2对动态开辟空间的越界访问

3.3对非动态开辟的内存使用free释放

3.4使用free释放一块动态开辟内存的一部分

3.5对同一块内存多次释放

3.6动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

四、几个经典的题

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一、为什么存在动态内存分配

我们已经掌握的内存开辟方式有：

int a = 10;//在栈空间开辟四个字节

char arr[10] = {10};//在栈空间开辟10个字节的连续空间

上述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.数组在申请的时候，必须指定数组的长度，它所需要的内存在编译时分配。

但是对于空间的需求，不仅仅是上述情况，有时候我们需要的空间大小在程序运行的时候才能知道，如此数组的编译时开辟空间的方式就不能满足了。这个时候可以使用动态开辟了。

二、动态内存函数的介绍

2.1malloc和free

//这个函数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

void* malloc(size_t size);

• 如果开辟成功，则返回一个指向开辟好的空间的指针
• 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

//C语言提供了另外一个函数free，专门就用来做动态内存的释放和回收的

//free函数用来释放动态开辟的内存

void free(void* ptr);

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，则函数声明事都不做。

int main()
{//申请int* str = (int*)malloc(sizeof(int) * 5);if (str == NULL){printf("malloc %s", strerror(errno));exit(-1);}//使用for (int i = 0; i < 5; i++){*(str +i) = i + 1;}for (int i = 0; i < 5; i++){printf("%d ", *(str +i));}//释放free(str);str = NULL;return 0;
}

2.2calloc

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，并且把空间的每一个字节初始化为0；

与函数malloc的区别在于calloc会在返回地址之前把申请的空间的每一个字节初始化为全0

int main()
{//创建了一块大小为10个大小为int类型的空间,默认初始化成0int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));if (p == NULL){printf("calloc:%s", strerror(errno));exit(-1);}for (int i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", *(p+i));}//释放free(p);p = NULL;return 0;
}

2.3realloc

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

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活

有时我们会发现过去申请的空间太小，有时候我们又会觉得申请的空间过大了，那为了合理的使用内存，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。

• 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在调整内存空间的是存在两种情况：

1.原有空间之后有足够大的空间：要扩展内存就直接在原有内存之后直接追加空间，原来空间的数据不会发生变化。

2.原有空间之后没有足够的空间：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。

int main()
{int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 5);if (p == NULL){printf("malloc:%s\n", strerror(errno));exit(-1);}for (int i = 0; i < 5; i++){*(p + i) = i + 1;}for (int i = 0; i < 5; i++){printf("%d ", *(p+i));}int* ptr = (int*)realloc(p, sizeof(int) * 10);if (ptr == NULL){printf("realloc:%s\n", strerror(errno));exit(-1);}else{p = ptr;for (int i = 5; i < 10; i++){p[i] = i + 1;}for (int i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", p[i]);}}//释放free(p);p = NULL;return 0;
}

三、常见的动态内存错误

3.1对NULL指针的解引用操作

void test1()
{int* p = (int*)malloc(20);*p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题free(p);
}

3.2对动态开辟空间的越界访问

void test2()
{int i = 0;int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));if (NULL == p){exit(-1);}for (int i = 0; i <= 10; i++){*(p + i) = i;//当i是10的时候越界访问}free(p);
}

 

3.3对非动态开辟的内存使用free释放

void test3()
{int a = 10;int* p = &a;//对非动态开辟的内存使用free释放free(p);
}

 

3.4使用free释放一块动态开辟内存的一部分

void test4()
{int* p = (int*)malloc(100);p++;//p指向后面的地址free(p);//必须提供起始地址的地址来free
}

3.5对同一块内存多次释放

void test5()
{int* p = (int*)malloc(100);free(p);free(p);//重复释放
}

3.6动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

malloc、calloc、realloc等所申请的空间不想使用需要free释放，如果不使用free释放程序结束之后，也会由操作系统回收，如果不使用free释放，程序也不结束，那么会造成内存泄漏

void test6()
{int* p = (int*)malloc(100);if (p != NULL){*p = 20;}
}int main()
{test6();//动态开辟的内容忘记释放（内存泄漏）while (1);return 0;
}

四、几个经典的题

//传值调用，不会影响str，str依然为NULL，
//1.strcpy函数调用失败，原因是对NULL的解引用操作，程序会崩溃
//2.没有释放，会造成内存泄漏
//
void GetMemory1(char* p)
{p = (char*)malloc(100);
}
void test7()
{char* str = NULL;GetMemory1(str);strcpy(str, "hello world");printf(str);
}

//GetMemory2函数内部创建的数组是临时的，虽然返回了p给str，但数组的内存出了函数就会归还给操作系统，
//而str依然保持了数组的起始地址，这时如果使用str， str就是野指针
//
char* GetMemory2()
{char p[] = "hello world";return p;
}
void test8()
{char* str = NULL;str = GetMemory2();printf(str);
}

//传址调用，str指向malloc分配出来的起始地址，但是最后没有释放，会造成内存泄漏
void GetMemory3(char** p, int num)
{*p = (char*)malloc(num);
}void test9()
{char* str = NULL;GetMemory3(&str, 100);strcpy(str, "hello");printf(str);//释放//free(str);
}

//在free后没有将str置空，str指向的内存空间被还给操作系统了，此时str是野指针，往str里拷贝字符串会形成非法访问
void test10()
{char* str = (char*)malloc(100);strcpy(str, "hello");free(str);//free完后要将str置为空str = NULL;if (str != NULL){strcpy(str, "world");printf(str);}
}