【C进阶】动态内存管理

秒速五厘米 2024-02-21 10:33 57阅读 0赞

### 一、为什么存在动态内存分配 ###

我们之前学的都是开辟固定大小的空间，但有时候需要空间的大小只有在程序运行时才能知道，那么就引入了动态内存开辟

#### **内存分布**所在： ####

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### 二、动态内存函数的介绍 ###

#### 2.1malloc和free ####

动态内存开辟的函数

> **void \* malloc（size\_t size) （字节为单位）**

头文件：<stdlib.h>

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）开辟成功：返回指向开辟好空间的指针

（2）开辟失败：返回一个**NULL指针**，空指针是不能进行操作的（因此malloc的**返回值一定要做检查**）

（3）返回值的类型是 void\*，具体使用时自己进行强制类型转换

（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

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

动态内存的释放和回收

> **void free（void \* ptr）**

头文件：<stdlib.h>

把这块空间还给操作系统，但是ptr指向的还是这块地址，也就是ptr变为了**野指针**（那么为了安全，**free结束后都会使ptr=free**）

（1）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  
（2）如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做

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

malloc函数申请的空间，释放有两种情形：

（1）free主动释放

（2)**程序退出****（前提）**后，malloc申请的空间被操作系统回收（被动释放）

#include<stdlib.h>
    #include<stdio.h>
    int main()
    {
    	//申请一块空间，来存放10个整形
    	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    	if (p == NULL)
    	{
    		perror("malloc");
    		return 1;//异常返回
    	}
    	//使用
    	for (int i = 0; i < 10; i++)
    	{
    		*(p + i) = i;
    	}
    	for (int i = 0; i < 10; i++)
    	{
    		printf("%d ", p[i]);
    	}
    	//释放
    	free(p);
    	p = NULL;
    	return 0;
    }

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

#### 2.2calloc ####

也是用来动态开辟的(比malloc多一个参数num，而且会自动初始化为0）

> **void \* calloc （size\_t num , size\_t size)**

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**

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#### 2.3realloc（re-alloc再开辟空间） ####

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)**

(1)ptr 是要调整的内存地址

(2)size 调整之后新大小

(3)返回值为调整之后的内存起始位置

(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**

realloc空间再开辟也可能失败，失败就返回NULL，那么空间就变小了

（如果为NULL，没有ptr，realloc创建的地址直接赋给原地址p，p变为NULL，空间变小了，p连原来的空间都访问不了）

为了防止这样的情况出现：

int* ptr = (int*)realloc(p, 2000 * sizeof(int));
    if (ptr != NULL)
    {
    	p = ptr;
    }

（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

> 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

> 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。
> 
> <1>将旧的空间数据拷贝到新的空间（不能让数据丢了）
> 
> <2>释放掉旧的空间
> 
> <3>返回新的空间地址

![1e15aa56a2c14836b750404c7a910570.png][]

（6）当realloc的第一个参数为NULL时，realloc等价于malloc

nt* p = (int*)realloc(NULL, 40);// ==malloc(40)
    if (p == NULL)
    {
    
    }

realloc代码演示：

#include<stdlib.h>
    #include<stdio.h>
    int main()
    {
    	//申请一块空间，来存放10个整形
    	int* p = (int*)calloc(10 , sizeof(int));
    	if (p == NULL)
    	{
    		perror("calloc");
    		return 1;
    	}
    	//使用
    	for (int i = 0; i < 10; i++)
    	{
    		*(p + i) = i;
    	}
    	for (int i = 0; i < 10; i++)
    	{
    		printf("%d ", p[i]);
    	}
    	//空间不够，希望调整空间为20个整形空间
    	int* ptr = (int*)realloc(p, 20 * sizeof(int));
    	if (ptr != NULL)
    	{
    		p = ptr;
    	}
    	//释放
    	free(p);
    	p = NULL;
    
    	return 0;
    }

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### 三、 常见的动态内存错误 ###

#### 3.1 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);
    }

需要加上：

> if (p == NULL)  
> \{
> 
> perror("malloc");  
> return 1;  
> \}

#### 3.2 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);
    }

#### 3.3 对非动态开辟内存使用free释放 ####

局部变量在堆区，动态释放的空间在栈区

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

#### 3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分 ####

为了不让p动，可以再定义一个指针变量等于p

void test()
    {
      int *p = (int *)malloc(100);
      p++;
      free(p);//p不再指向动态内存的起始位置
    }

#### 3.5 对同一块动态内存多次释放 ####

所以free开辟的空间以后一定要加上p=NULL

void test()
    {
    	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） ####

void test()
    {
    	int* p = (int*)malloc(100);
    	if (NULL != p)
    	{
    		*p = 20;
    	}
    }
    int main()
    {
    	test();
    	while (1);
    }

忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄漏。

切记：

动态开辟的空间一定要释放，并且正确释放

int* test()
    {
    	int* p = (int*)malloc(40);
    	//...
    	if (3)
    		return p;
    
    	free(p);
    	p = NULL;
    }
    
    int main()
    {
    	int* ret = test();
    	
    	while (1)
    	{
    		;
    	}
    	free(ret);//在main函数中free
    	ret = NULL;
    	return 0;
    }

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本次内容就到此啦，欢迎评论区或者私信交流，觉得笔者写的还可以，或者自己有些许收获的，麻烦铁汁们动动小手，给俺来个一键三连，万分感谢 !

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