C语言：动态内存管理

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一、动态内存函数

要介绍动态内存函数，我们就要知道动态内存函数开辟的空间在内存的什么位置。
如下图所示：

动态内存函数开辟的空间在堆区，该区域的空间，只有free函数和程序结束才会释放。

1. malloc

函数的声明：void* malloc (size_t size)；包含在<stdlib.h>头文件中。
调用该函数可以向内存中申请大小为size个字节的连续空间，并返回该空间的起始地址。
注意：

• 如果malloc开辟空间成功，则返回成功开辟好空间的起始地址
• 如果malloc开辟空间失败，则返回NULL
• 不要开辟大小为0的空间，这是标准未定义的。

因此，malloc开辟空间后，我们要检查返回值。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main()
{int* pa = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);//开辟大小为40个字节的空间//检查是否空间开辟失败if (pa == NULL){exit(-1);}free(pa);pa = NULL;return 0;
}

2. calloc

函数的声明：void* calloc (size_t num, size_t size)；包含在<stdlib.h>头文件中。
调用该函数可以向内存中申请num个大小是size个字节的连续空间，再将空间每一个字节初始化为0，并返回该空间的起始地址。
calloc与malloc的唯一区别在于，calloc会将空间每一个字节初始化为0。
如下所示：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main()
{int* arr1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);if (arr1 == NULL){exit(-1);}for (int i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", arr1[i]);}printf("\n");int* arr2 = (int*)calloc(sizeof(int), 10);if (arr2 == NULL){exit(-1);}for (int i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", arr2[i]);}free(arr1);free(arr2);arr1 = NULL;arr2 = NULL;return 0;
}

3. realloc

函数的声明：void* realloc (void* ptr, size_t size)；包含在<stdlib.h>头文件中。
调用该函数可以调整由malloc和calloc开辟的空间大小，调整为size个字节大小的空间。
但要注意，其调整空间大小的方式有两种，原地扩容和异地扩容。

• 原地扩容，原地址空间后空间大小充足，在原地址空间直接扩容。

• 异地扩容，原地址空间后空间大小不够，在堆区另找一片充足的空间使用。

• 如果调整的大小过大，realloc会返回NULL。

//异地扩容
int main()
{int* pa = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);if (pa == NULL){exit(-1);}printf("%p\n", pa);int* tmp = (int*)realloc(pa, sizeof(int) * 20);if (tmp != NULL){pa = tmp;printf("%p\n", pa);}free(pa);pa = NULL;return 0;
}

//原地扩容
int main()
{char* pa = (char*)malloc(sizeof(char) * 10);if (pa == NULL){exit(-1);}printf("%p\n", pa);char* tmp = (char*)realloc(pa, sizeof(char) * 20);if (tmp != NULL){pa = tmp;printf("%p\n", pa);}free(pa);pa = NULL;return 0;
}

4. free

函数的声明：void free (void* ptr)；包含在<stdlib.h>头文件中。
调用该函数可以释放由malloc和calloc开辟的空间，指针变量ptr本身内容不变，需要程序员本身置空。

• 如果ptr是NULL，则函数什么事都不会做
• 如果ptr并不是malloc和calloc开辟的空间，那free函数的行为未定义

如下：

int main()
{int* pa = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);if (pa == NULL){exit(-1);}free(pa);//释放pa所指向的空间pa = NULL;//pa置NULL，防止野指针return 0;
}

二、常见的错误

1.malloc或calloc开辟的空间未检查

有时开辟空间过大，而未检查时，会发生对NULL的解引用

int main()
{int* pa = (int*)malloc(sizeof(int) * INT_MAX);*pa = 10;free(pa);pa = NULL;return 0;
}

2.越界访问

访问超出开辟空间大小

int main()
{int* pa = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);if (pa == NULL){exit(-1);}for (int i = 0; i < 11; i++){pa[i] = 0;}free(pa);pa = NULL;return 0;
}

3.对非malloc和calloc开辟的空间，用free释放

free函数只能用了释放动态内存空间

int main()
{int arr[10] = { 0 };free(arr);return 0;
}

4.对同一块动态内存多次释放

动态内存空间释放一次即可

int main()
{int* pa = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);if (pa == NULL){exit(-1);}free(pa);free(pa);pa = NULL;return 0;
}

5.用free释放动态内存的一部分

开辟的动态内存空间实际大小要大于我们申请的大小，那多出的一部分空间要记录我们这次申请空间的信息，free函数就可以根据这一部分信息来释放我们申请的空间大小。如果我们传递的指针并未指向空间首地址，那么free就找不到信息来释放空间。

int main()
{int* pa = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);if (pa == NULL){exit(-1);}pa++;free(pa);pa = NULL;return 0;
}

三、通讯录(动态版本改写)

静态版本通讯录
相对于静态版本而言，动态版本改变并不多也不难，下面就是要改变的部分。

1. 结构

//动态版本
typedef struct Contact
{PeoInfo* data;int sz;//记录此时已用的大小int capacity;//记录通讯录的大小
}Contact;

2.初始化InitContact

#define INITSIZE 10//初始化通讯录
void InitContact(Contact* pc)
{pc->sz = 0;pc->capacity = INITSIZE;pc->data = (PeoInfo*)malloc(sizeof(PeoInfo) * INITSIZE);if (pc->data == NULL){perror("malloc");return;}
}

3. 扩容AddCapacity

bool AddCapacity(Contact* pc)
{PeoInfo* tmp = realloc(pc->data, sizeof(PeoInfo) * (pc->capacity) * 2);if (tmp == NULL){perror("realloc");return false;}pc->data = tmp;pc->capacity *= 2;return true;
}//添加联系人
void AddContact(Contact* pc)
{assert(pc);if (pc->sz == pc->capacity){if (AddCapacity(pc) == true){printf("扩容成功\n");}else{printf("扩容失败\n");return;}}printf("请输入联系人名字:>");scanf("%s", pc->data[pc->sz].name);printf("请输入联系人性别:>");scanf("%s", pc->data[pc->sz].sex);printf("请输入联系人年龄:>");scanf("%d", &(pc->data[pc->sz].age));printf("请输入联系人电话:>");scanf("%s", pc->data[pc->sz].tele);printf("请输入联系人地址:>");scanf("%s", pc->data[pc->sz].adder);pc->sz += 1;
}

4. 退出ExitContact

//退出通讯录
void ExitContact(Contact* pc)
{free(pc->data);pc->data = NULL;pc->sz = 0;pc->capacity = 0;
}

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总结

以上就是我对于动态内存管理的了解和应用。