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前言

        不知道读者有没有了解过堆区栈区之类的东西呢，以往我们使用内存大多用的是栈区，之前也出过函数栈帧的文章，不过我们接下来要了解的可就是另一块非常有用内存分区了。

        本文就来分享一波作者对动态内存开辟的学习心得与见解。本篇属于第二篇，主要介绍动态常见动态内存错误及笔试题和柔性数组的一些内容。

        笔者水平有限，难免存在纰漏，欢迎指正交流。

常见动态内存错误

对NULL指针的解引用操作

示例

int main()
{
    int *p = (int *)malloc(40);
    *p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
    free(p);
    p = NULL;
}

修正

int main()
{
    int *p = (int *)malloc(40);
    if(p == NULL)
    {
        printf("%s\n", strerror(errno));
        return 1;
    }
    *p = 20;
    free(p);
    p = NULL;
    return 0;
}

对动态开辟空间的越界访问

int main()
{
    int i = 0;
    int *p = (int *)malloc(10*sizeof(int));
    if(NULL == p)
    {
        return 1;
    }
    for(i=0; i<=10; i++)
    {
        *(p+i) = i;//当i是10的时候越界访问
    }
    free(p);
    p = NULL;
}

对非动态开辟内存使用free释放

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

        不行，这里的p指针是在函数内创建的临时变量，是在栈区上开辟内存的，不是在堆区动态开辟的，就不能使用free()释放。

使用free释放一块动态开辟内存的一部分

int main()
{
    int *p = (int *)malloc(100);
    if(NULL == p)
    {
        return 1;
    }
    int i = 0;
    for(i = 0; i < 10; i++)
    {
        *p = i;
        p++;
    }

    free(p);//p不再指向动态内存的起始位置
    p = NULL;
}

        此时指针不再指向动态开辟的内存的起始位置，若要释放会出错。

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()是C语言中释放内存的主流函数。他的实质是修改一块内存的标记为"空闲“,仅此而已。既不会清零内存也不会对内存内容做修改，仅仅是修改标记。

        如果申请一块内存，释放2次，那么就会导致这块内存的”空闲“标志累加。如果再次申请内存的话，虽然得到一个内存，但是这块内存原生就是“空闲”的，也就是操作系统给你的时候就是未加保护的了，就有可能发生内存踩踏事件。

修正

void test()
{
    int *p = (int *)malloc(100);
    free(p);
    p = NULL;
    free(p);//即使再次释放也不会发生什么
}

        所以呢，释放后将指针置为NULL是个好习惯，实际上free释放后原指针就是一个野指针，就像一条野狗，逮人就咬危险的很，对付它的最好方法就是把它拴起来——也就是指针置为NULL。

动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

例1

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

int main()
{
    test();
    return 0;
}

         虽然说p变量会随着函数test的栈帧销毁而销毁，但是动态开辟的内存并没有被释放，同时也无法再释放了，因为找不到了，原来指向那块内存的指针被销毁了，就丢失了它的地址，所以无法释放。

例2

void test()
{
    int *p = (int *)malloc(100);
    if(NULL == p)
    {
        return;
    }
    int flag = 0;
    scanf("%d", &flag);
    if(5 == flag)
        return;
    free(p);
    p = NULL;
}

int main()
{
    test();
    return 0;
}

        万一输入的是5就会跳过释放，就会造成内存泄漏。

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。

几个经典的笔试题

题目一

void GetMemory(char *p)
{
    p = (char *)malloc(100);
}

int main()
{
    char *str = NULL;
    GetMemory(str);
    strcpy(str, "hello world");
    printf(str);
    return 0;
}

请问运行Test函数会有什么样的结果？

        程序能运行，但是打印失败。

主要问题

内存泄露

        动态内存开辟了一块空间，把地址交给了p指针，但是p指针是在GetMemory函数中创建的，随着函数栈帧的销毁而销毁，在函数中没有及时释放动态内存，等到该函数调用完以后就再也无法释放了，因为指针已经被销毁，找不到那块内存了，造成了内存泄漏。

传值调用，实参没有改变

        看得出来，代码在设计的时候意图用str接收开辟的动态内存块的地址，但是函数传参传的是指针的值，在调用的函数中修改的是另一个新建的指针了，若要修改str的话传参得传地址也就是一个二级指针char**类型的。

访问了零地址

        既然str没有被修改到，那么其内容仍是初始值NULL，把它传入函数strcpy中会出错，因为零地址不能被我们访问使用。

修正

void GetMemory(char **p)
{
    *p = (char *)malloc(100);
}

int main()
{
    char *str = NULL;
    GetMemory(str);
    strcpy(str, "hello world");
    printf(str);
    free(str);
    str = NULL;
    return 0;
}

题目二

char *GetMemory(void)
{
    char p[] = "hello world";
    return p;
}

int main()
{
    char *str = NULL;
    str = GetMemory();
    printf(str);
}

请问运行Test函数会有什么样的结果？

主要问题

        临时变量p数组随函数栈帧的销毁而销毁，所以在调用完GetMemory函数后p数组被销毁，而该数组的地址作为返回值传给了str指针（原来被销毁的数组的内容此时还没变，所谓的销毁只是回收权限，内容是否改变不一定，得看后续是否会占用这块内存以覆盖其内容），再调用printf()函数，就占用了原来开辟给GetMemory函数的空间，所以此时要通过str找到之前的数组并打印的话打印结果就会改变，因为放的内容发生了改变。

题目三

void GetMemory(char **p, int num)
{
    *p = (char *)malloc(num);
}

void Test(void)
{
    char *str = NULL;
    GetMemory(&str, 100);
    strcpy(str, "hello");
    printf(str);
}

请问运行Test函数会有什么样的结果？

主要问题

        内存泄漏

        没有及时释放动态开辟的内存，其他方面倒没有问题。

题目四

void Test(void)
{
    char *str = (char *) malloc(100);
    strcpy(str, "hello");
    free(str);
    if(str != NULL)
    {
        strcpy(str, "world");
        printf(str);
    }
}

请问运行Test函数会有什么样的结果？

         free释放后之前开辟的动态内存块被回收，此时已经没有访问权限，但是str指针的内容没有改变，被回收的内存块的内容也没有改变，strcpy把字符串"world"拷贝到了str所指向空间，造成非法访问。

        所以要在释放内存后将指针置为NULL。

柔性数组

柔性数组是什么 

        也许你从来没有听说过柔性数组（flexible array）这个概念，但是它确实是存在的。

        C99 中，结构中的最后一个元素允许是未知大小的数组，这就叫做『柔性数组』成员。

例如：

typedef struct st_type
{
    int i;
    int a[0];//柔性数组成员
}type_a;

有些编译器会报错无法编译可以改成：

typedef struct st_type
{
    int i;
    int a[];//柔性数组成员
}type_a;

柔性数组的特点

        结构中的柔性数组成员前面必须至少有一个其他成员，也就是说，柔性数组成员总是结构中最后一个成员。

        sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。

        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。

例如：

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

如何使用柔性数组

例子：

柔性数组的柔性体现在哪

        还记得动态内存函数中有一个realloc可以调整动态开辟的内存吗？对于动态内存的调整都是从“尾巴”处开始的，因为把柔性数组作为结构体最后一个成员，那么在调整动态内存大小时，就相当于调整柔性数组的大小。

例如：

typedef struct st_type
{
    int i;
    int a[0];//柔性数组成员
}type_a;

int main()
{
    int i = 0;
    type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int));
    if(NULL == p)
    {
        return 1;
    }
    type_a *ptr = (type_a)*realloc(sizeof(type_a)+80*sizeof(int));
    if(NULL != ptr)
    {
        p = ptr;
        ptr = NULL;
    }
    free(p);
    p = NULL;
    return 0;
}

柔性数组的优势

        有人可能会想到：结构体最后一个成员不用柔性数组，而是用一个指针存放动态开辟内存的地址，这样行不行呢？

试试看：

typedef struct st_type
{
    int i;
    int *p_a;
}type_a;

int main()
{
    type_a *p = (type_a *)malloc(sizeof(type_a));
    if(NULL == p)
    {
        return 1;
    }
    p->i = 100;
    p->p_a = (int *)malloc(p->i*sizeof(int));
    if(NULL == p->p_a)
    {
        return 1;
    }
    //业务处理
    for(i=0; i<100; i++)
    {
        p->p_a[i] = i;
    }
    //释放空间
    free(p->p_a);//要先释放指针再释放结构体
    p->p_a = NULL;
    free(p);
    p = NULL;
    return 0;
} 

        无论柔性数组还是指针都可以完成同样的功能，但是柔性数组的实现有两个好处：

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，你不能指望用户来发现这个事，这样一来就容易发生内存泄漏。

        然而，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

        多次开辟动态内存会让内存碎片化。连续的内存有益于提高访问速度，也有益于减少内存碎片。

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