【C语言】动态内存管理-CSDN博客

动态内存管理

• 为什么存在动态内存分配
• 动态内存函数的介绍
• • malloc
  • free
  • calloc
  • realloc
• 常见的动态内存错误
• • 对NULL指针的解引用操作
  • 对动态开辟空间的越界访问
  • 对非动态开辟内存使用free释放
  • 使用free释放一块动态开辟内存的一部分
  • 对同一块动态内存多次释放
  • 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
• 柔性数组
• • 柔性数组的特点
  • 柔性数组的优势

为什么存在动态内存分配

在我上一篇博客中用c语言实现了一个简易的通讯录
【C语言】通讯录的简易实现
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。

但是有一个问题 就是通讯录的大小是固定的，不能进行修改

这篇博客介绍的动态内存管理就对上面的问题进行修改

动态内存函数的介绍

malloc

由资料可知
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，返回类型为void*
当开辟失败时则返回NULL

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	int i = 0;
	int* ptr = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);//我们需要的是整形指针 所以强制类型转换为int*
	if (ptr == NULL)//判断ptr是否为空指针 也就是判断是否成功开辟空间
	{
		perror("ptr");//打印错误信息
		return 1;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)//使用开辟的空间
	{
		*(ptr + i) = i;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *(ptr + i));
	}
	free(ptr);//释放掉开辟的空间
	ptr==NULL;
	return 0;
}

图解

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	int i = 0;
	int* ptr = (int*)malloc(sizeof(int) * 10000000000000);//这里开辟的空间过大
	if (ptr == NULL)
	{
		perror("ptr");
		return 1;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(ptr + i) = i;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *(ptr + i));
	}
	free(ptr);
	ptr==NULL;
	return 0;
}

像上面如果开辟的空间过大，则打印错误信息

free

free函数是专门用来回收内存开辟函数开辟的空间

如果开辟的内存不释放,则这块区域一直被占用

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。

和free经常一起使用的就是将free以后的空间的起止位置的指针置空
因为我们free后这块空间就已经被释放了 如果我们现在再次使用指针调用这块空间 就会出现野指针的问题

calloc

calloc函数和malloc函数类似，都是内存开辟函数，不同的是calloc开辟空间时会初始化开辟的空间

realloc

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。

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函数在使用时会遇到两种情况

1. 需要扩容的位置后面有足够的空间支持扩大内存
2. 需要扩容的位置后面没有足够的空间支持扩大内存
   

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。
由于上述的两种情况，realloc函数的使用就要注意一些

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);
}

这段代码中 malloc开辟了一块很大的空间 很有可能会开辟失败 返回的是空指针
对空指针解引用会出现问题

预防方法：

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(INT_MAX);
	if (p == NULL)//在使用动态开辟的空间时，先判断指针的有效性在使用
	{
		perror("p");
		return 1;
	}
	*p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
	free(p);
	return 0;
}

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++)//这里的循环有11次，越界访问
	{
		*(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);
	//动态内存开辟的空间在内存的堆区
	//a在栈区 
	//free只能对动态内存开辟的空间
}

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
	//导致有一部分动态开辟的空间没有被释放 导致内存泄漏
}

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
}

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;
	}
	//开辟空间后没有free
	//空间会一直被占用  导致内存泄漏
}
int main()
{
	test();
	while (1);//程序死循环不停止运行
}

柔性数组

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。

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

这里结构体成员最后一个是一个数组

柔性数组的特点

1. 结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。
2. sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。
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;

int main()
{
	int i = 0;
	type_a* p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a) + 100 * sizeof(int));
	//这里开辟了sizeof(type_a) + 100 * sizeof(int)个字节的空间
	//前面的sizeof(type_a)是结构体除最后一个柔性数组的大小，因为sizeof求大小不包含柔性数组
	//后面的100 * sizeof(int)是为柔性数组开辟的空间
	p->i = 100;
	for (i = 0; i < 100; i++)//可以正常使用
	{
		p->a[i] = i;
	}
	free(p);
	return 0;
}

柔性数组的优势

上述的 type_a 结构也可以设计为利用指针的方式模拟一个数组

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

int main()
{
	type_a* p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a));
	//为结构体动态开辟一块空间
	p->i = 100;
	p->p_a = (int*)malloc(p->i * sizeof(int));
	//结构体中的整形指针指向一块内存开辟的空间

	int i = 0;
	//使用
	for (i = 0; i < 100; i++)
	{
		p->p_a[i] = i;
	}
	//释放空间
	free(p->p_a);
	p->p_a = NULL;
	free(p);
	p = NULL;
	//这里一定要先释放整形指针指向的空间 在释放结构体指针指向的空间
	//因为结构体指针一旦被释放，就无法找到整形指针所指向的空间
	//就会造成内存泄漏！！！
	return 0;
}

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。

简单来说
使用柔性数组只需要开辟一次 也只需要free一次
而第二种方法需要两次开辟 两次free