动态内存管理——malloc、calloc、realloc

今天药忘吃喽~ 2024-03-29 16:25 86阅读 0赞

## 1.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 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：

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。

这时候就只能试试动态存开辟了。

## 2.动态内存函数介绍 ##

### 2.1 malloc和free ###

C语言提供了一个动态内存开辟函数：

void* malloc (size_t size);

这个函数向内存申请一块**连续可用**的空间，并且返回这块空间的指针。

1.  如果开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针。

1.  如果开辟失败，则返回一个NULL指针，以此malloc的返回值必须检查。

1.  如果参数size为0，所以malloc的行为是标准是未定义的，取决于编译器.

1.  返回值是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由自己来决定。

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，函数原型如下：

void free (void* ptr);

free函数用来释放动态开辟的内存。

1.  如果参数ptr指向的空间不是动态开辟的，那么free的行为是未定义的。

1.  如果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>
    int main()
    {
    //代码1
    int num = 0;
    scanf("%d", &num);
    int arr[num] = {0};
    //代码2
    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;
    return 0;
    }

为什么ptr置成NULL？

ptr的空间已经还给了操作系统，如果不置NULL，再次使用会形成非法访问。

### 2.2 calloc ###

C语言中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);

1.  函数的功能为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都初始化为0.

1.  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都初始化0.

例如：

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    int main()
    {
        int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
        if (NULL != p)
        {
            //使用空间
        }
        free(p);
        p = NULL;
        return 0;
    }

![5bfb13f5273d61498ce94fb53fc78506.png][]

所以如何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。

### 2.3 realloc ###

1.  realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。

1.  有时候我么们发现过去申请的空间太小了，有时候后我们又会觉得空间太大了，为了合理的使用内存，我们一定会对内存大小进行灵活的调整，那realloc函数就可以实现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);

1.  ptr是要调整的内存地址。

1.  size是调整之后的新大小。

1.  返回值为调整之后的内存起始地址。

1.  这个函数调整原内存空间大小的基础上，还会将原来内存的数据移动到新的空间。

realloc在调整内存空间是存在两种情况的：

情况1：原有内存空间有足够大的空间。

情况2：原有空间之后没有足够大的空间。

![3d4d63b80e4750c53c0232798d4a49d5.png][]

**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。

## 3.常见的动态内存错误 ##

**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);
    }

**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);
    }

**对非动态开辟内存使用free释放**

void test()
    {
    int a = 10;
    int *p = &a;
    free(p);//ok?
    }

这个我们可以看一下free的用法，如果释放的不是动态开辟空间，free是未定义的，在VS测试会直接崩掉。

**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
    }

free释放的空间必须是起始位置，VS环境测试程序也会崩掉。

**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
    }

free第一次释放的时候，已经把空间还给操作系统，如果再次释放程序会直接崩掉。

**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();
        return 0；
    }

## 4. C/C++程序的内存开辟 ##

![a655a1a0c44f8886c411602d098c0995.png][]

> 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。  
>

## 5.小序 ##

看似每天不起波澜的日复一日，会突然在某天让你看你坚持的意义。

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