C语言：动态内存（一篇拿捏动态内存！）

叁歲伎倆 2023-10-15 07:28 10阅读 0赞

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**目录**

学习目标：

为什么存在动态内存分配

动态内存函数：

1. malloc 和 free

2. calloc

3. realloc

常见的动态内存错误：

1. 对NULL指针的解引用操作

2. 对动态开辟空间的越界访问

3. 对非动态开辟内存使用free释放

4. 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

5. 对同一块动态内存多次释放

6. 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

程序的内存开辟：

柔性数组：

柔性数组的使用:

柔性数组的优势:

以上就是个人学习见解和学习的解析，欢迎各位大佬在评论区探讨！

感谢大佬们的一键三连！ 感谢大佬们的一键三连！ 感谢大佬们的一键三连！

--------------------

## 学习目标： ##

> **为什么存在动态内存分配？**
> 
> **动态内存函数的介绍：**
> 
> **1、malloc；**
> 
> **2、free；**
> 
> **3、calloc；**
> 
> **4、realloc；**
> 
> **5、常见的动态内存错误；**
> 
> **6、内存开辟；**
> 
> **6、柔性数组。**

### **为什么存在动态内存分配** ###

> **一般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**

>  由于对空间的需求，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。**

## 动态内存函数： ##

### **1.malloc和free** ###

> **void\* malloc (size\_t size);** 
> 
> **size：**内存块的大小（以字节为单位）。是无符号整型。 [size\_t][size_t]

**1.1** 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。**

**1.2** 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。**

**1.3 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。

**1.4** 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**，函数原型如下：

> **void free (void\* ptr);**
> 
> **ptr：**指向先前分配有的内存块的指针。

**1.1** free 函数用来**释放动态开辟的内存**。

**1.2** 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。

**1.3** 如果参数  ptr  是 **NULL** **指针**，则函数**什么事都不做**。

**1.4**  **malloc和free都声明在 stdlib.h 头文件中。**

#include <stdio.h>
    
    int main()
    {
         //静态代码
         int num = 0;
         scanf("%d", &num);
         int arr[num] = {0};
         //动态代码
         int* ptr = NULL;
         ptr = (int*)malloc(num*sizeof(int));
         //判断ptr指针是否为空
         if(NULL != ptr)
         {
             int i = 0;
             for(i=0; i<num; i++)
             {
                 *(ptr+i) = 0；
             }
         }
         //释放ptr所指向的动态内存
         free(ptr);
         ptr = NULL;
         return 0;
    }

### 2. calloc ###

> **void\* calloc (size\_t num, size\_t size);** 
> 
>  **num：**要分配的元素数。
> 
>  **size：**每个元素的大小。

**2.1** 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。**

**2.2** 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。**

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

### 3.realloc ###

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。**

> **void\* realloc (void\* ptr, size\_t size);** 
> 
>  **ptr：**指向先前分配有的内存块的指针。或者这可以是一个 *空指针*，在这种情况下，将分配一个新块（就像被调用一样）。
> 
>  **size：**内存块的新大小（以字节为单位）。是无符号整型。 [size\_t][size_t]

**3.1** ptr  是要调整的内存地址。

**3.2** size  调整之后新大小。

**3.3** 返回值为调整之后的内存起始位置。

**3.4** 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。

**3.5** **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**

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** **：原有空间之后没有足够大的空间**

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。**

#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
         //ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//这样可以吗？(如果申请失败会如何？)
     
         int*p = NULL;
         p = realloc(ptr, 1000);
         if(p != NULL)
         {
             ptr = p;
         }
         
         free(ptr);
         return 0;
    }

## 常见的动态内存错误： ##

### **1. 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);
    }

### **2. 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);
    }

### **3. 对非动态开辟内存使用****free****释放** ###

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

### **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
    }

### **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
    }

### **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();
         return 0;
    }

## 程序的内存开辟： ##

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> **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： ##

> typedef struct  st\_type 
> 
> \{ 
> 
>  int  i ; 
> 
>  int  a \[\]; // 柔性数组成员 
> 
> \} type\_a ; 
> 
> 有些编译器会说上述定义错误，可改成：
> 
> typedef struct  st\_type 
> 
> \{ 
> 
>  int  i ; 
> 
>  int  a \[ 0 \]; // 柔性数组成员 
> 
> \} type\_a ;

**1.1 结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。**

**1.2** **sizeof**  返回的这种**结构大小不包括柔性数组的内存。**

**1.3** 包含柔性数组成员的结构用 malloc () 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。**

> typedef struct  st\_type 
> 
> \{ 
> 
> int  i ; 
> 
> int  a \[ 0 \]; // 柔性数组成员 
> 
> \} type\_a ; 
> 
> printf ( "%d\\n" ,  sizeof ( type\_a )); // 输出的是 4

### **柔性数组的使用:** ###

int i = 0;
    //这样柔性数组成员a，相当于获得了100个整型元素的连续空间。
    type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int));
    //业务处理
    p->i = 100;
    for(i=0; i<100; i++)
    {
         p->a[i] = i;
    }
    free(p);

### **柔性数组的优势:** ###

**第一个好处是：** **方便内存释放**

如果我们的代码是在一个给别人用的函数中，你在里面做了**二次内存分配**，并把整个结构体返回给用户。用户调用free可以释放结构体，但是**用户并不知道这个结构体内的成员也需要free，**所以你不能指望用户来发现这个事。所以，如果我们把结构体的内存以及其成员要的内存一次性分配好了，并返回给用户一个结构体指针，用户做一次free就可以把所有的内存也给释放掉。

**第二个好处是：** **这样有利于访问速度.**

连续的内存有益于提高访问速度，也有益于减少内存碎片(开辟的空间中间的间隔内存没有被利用)。

## 以上就是个人学习见解和学习的解析，欢迎各位大佬在评论区探讨！ ##

## 感谢大佬们的一键三连！ 感谢大佬们的一键三连！ 感谢大佬们的一键三连！ ##

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[68eccbe2d2bb45c1871a1bc367d27f21.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/68eccbe2d2bb45c1871a1bc367d27f21.png
[size_t]: https://cplusplus.com/cstdlib:size_t
[1342e033957343fb86393e3dd10ad470.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/1342e033957343fb86393e3dd10ad470.png
[7bad9f1ed1b44b53b34d043644d9965a.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/7bad9f1ed1b44b53b34d043644d9965a.png