动态内存管理（malloc、calloc、realloc）详解

深碍√TFBOYSˉ_ 2023-09-26 17:46 61阅读 0赞

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> **文章目录**
> 
> 一、什么是动态内存
> 
> 二、为什么要存在动态内存分配
> 
> 三、动态内存函数的介绍
> 
> 3、1 malloc和free的介绍
> 
> 3、2 calloc的介绍
> 
> 3、3 reallco的介绍
> 
> 四、常见的动态内存错误
> 
> 4、1 对NULL指针的解引用操作
> 
> 4、2 对动态开辟空间的越界访问
> 
> 4、3 对非动态开辟内存使用free释放
> 
> 4、4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分
> 
> 4、5 对同一块动态内存多次释放
> 
> 4、6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
> 
> --------------------
> 
> ## **标题：动态内存管理详解** ##
> 
> ## **作者：@Ggggggtm** ##
> 
> ## **寄语：与其忙着诉苦，不如低头赶路，奋路前行，终将遇到一番好风景** ##
> 
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## 一、什么是动态内存 ##

> 我们平常定义一个变量或者定义一个数组，这些都算**静态内存开辟**。而动态内存也就是我们用malloc、calloc等函数开辟出来的内存。
> 
> 所谓**动态内存分配**，就是指**在程序执行的过程中动态地分配或者回收存储空间的分配内存的方法**。 动态内存分配不像数组等静态内存分配方法那样需要预先分配存储空间，而是由系统根据程序的需要即时分配，且分配的大小就是程序要求的大小。

## 二、为什么要存在动态内存分配 ##

> 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。

## 三、动态内存函数的介绍 ##

### 3、1 malloc和free的介绍 ###

> C语言提供了一个**动态内存开辟的函数malloc，**我们先看一下malloc的标准参数和返回值类型，代码如下：
> 
>     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，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。
> 
> 我们来结合着下面代码一起理解一下：

#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;//是否有必要？
        return 0;
    }

> 我们上面的代码是：动态开辟了一块空间给了ptr，然后对空间进行赋值，且赋值为0。最后再对该空间进行了释放，并把该指针置空。

### 3、2 calloc的介绍 ###

> 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);
> 
> 该函数的功能是为 **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**。我们来看一个例子：

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

> 我们来看一下其内存空间的值：![fbb0602622034b7daa9cbc5e4341497c.png][]
> 
> 由上图我们可以看出，calloc函数对其开辟的空间进行了初始化，把值初始化成0。我们也可以**简单的理解为calloc=malloc+memset。**
> 
> 那么如果我们**对申请的内存空间的内容想要初始化**，可以直接使用calloc，简洁方便。

### 3、3 reallco的介绍 ###

> realloc与malloc类似，但是我们可以把realloc看作malloc的升级版。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。
> 
> 我门对上述的情况进行详细介绍。
> 
>  **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。
> 
> ![c95b0ae3e97a4549b4a785f6354b9470.png][] 由于上述的两种情况，realloc函数的使用就要注意一些。我们看下面一个例子：

#include <stdio.h>
    int main()
    {
        int *ptr = (int*)malloc(100);
        if(ptr != NULL)
        {
            //业务处理
        }
        else
        {
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    
        //扩展容量
    
        //代码1
        ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//这样可以吗？(如果申请失败会如何？)
    
        //代码2
        int*p = NULL;
        p = realloc(ptr, 1000);
        if(p != NULL)
        {
            ptr = p;
        }
    
        //业务处理
        free(ptr);
        return 0;
    }

> 我们看上面的代码1可行吗？答案是不可行的。当我们reallco开辟内存失败时，返回空指针。这时候我们原指针就已经找不到了。所以是不行的。代码2是安全的，我们可以放心使用。

## 四、常见的动态内存错误 ##

### 4、1 对NULL指针的解引用操作 ###

> 我们看如下代码：
> 
>     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);
>     }
> 
> 上述代码存在的问题是：并没有检测malloc开辟内存是否成功。如果开辟失败的话，p指针为空，对空指针解引用是错误的。

### 4、2 对动态开辟空间的越界访问 ###

> 直接看代码：
> 
>     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);
>     }
> 
> 上述代码的问题是越界访问。我们只开辟了十个元素的大小空间，而对11个元素的空间进行了解引用操作，显然是不可以的，

### 4、3 对非动态开辟内存使用free释放 ###

> 老样子，看代码：
> 
>     void test()
>     {
>         int a = 10;
>         int *p = &a;
>         free(p);//ok?
>     }
> 
> 上述代码错误的就比较明显了。**free是只能对动态开辟空间进行释放**，不能对静态开辟空间释放。

### 4、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
>     }
> 
> 上述的代码对动态开辟的空间完全释放了吗？答案是没有！**我们一定要注意释放动态开辟空间时，指针是否指向我们开辟空间的起始地址。**

### 4、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
>     }
> 
> **对同一块动态开辟的内存不能进行多次释放**。只能进行一次释放。

### 4、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();
>     }
> 
> 上述代码就是我们最最常见，也是最容易犯的错误。我们一定要记得对动态开辟的空间进行释放。否则就会造成内存泄露。

> 我们对动态内存管理的讲解就到这里，希望以上内容会对你有所帮助。感谢阅读ovo~

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