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[void* malloc (size_t size);](#void* malloc (size_t size);)
[void free (void* ptr);](#void free (void* ptr);)
[void* calloc (size_t num, size_t size);](#void* calloc (size_t num, size_t size);)
[void* realloc (void* ptr, size_t size);](#void* realloc (void* ptr, size_t size);)
为什么要用动态内存开辟
我们知道C语言内存开辟的方式有:
cs
int a = 0;//全局变量
void test()
{
static int d = 0;//静态变量
}
int main()
{
int b = 0;//局部变量
char c[10] = { 0 };//局部变量
return 0;
}
用上述方式开辟空间存在几个问题:
1、空间大小固定,不可变;
2、数组在创建时必须指定长度或初始化(初始化之后长度也就固定了),它所需要的内存在编译时分配。
但在实际应用时,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。因此也就有了动态内存开辟的用处。
动态内存有关函数
void* malloc (size_t size);
- 这个函数向内存申请size个字节****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的行为是未定义的,取决于编译器(注意:是未定义的,而不是不能,如果这样使用会出现一些未知的问题)。
要注意的是动态开辟的空间不会主动释放和回收,因此C语言提供了free()函数专门用来做动态内存函数的回收和释放,free()函数原型如下:
void free (void* ptr);
- free函数专门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
有如下代码:
cs
int main()
{
int num = 0, i = 0;
scanf("%d", &num);
int* ptr = NULL;
ptr = (int*)malloc(num * sizeof(int));
if (NULL != ptr)//判断ptr指针是否为空
{
for (i = 0; i < num; i++)
{
*(ptr + i) = i + 1;
}
}
for (i = 0; i < num; i++)
{
printf("%d ", ptr[i]);
}
free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存
ptr = NULL;//避免出现野指针
return 0;
}
运行结果:
void* calloc (size_t num, size_t size);
- 函数的功能是开辟num 个大小为 size(字节) 的一块连续的空间,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。
有如下代码:
cs
int main()
{
int* p1 = malloc(40);
if (p1 != NULL)
{
}
int* p2 = calloc(10, sizeof(int));
if (NULL != p2)
{
}
free(p1);
free(p2);
p1 = NULL;
p2 = NULL;
return 0;
}
调试代码,观察p1、p2指向空间中存储的数据:
可以发现,用malloc开辟的空间是没有初始化的,里边的值是随机的,而用calloc开辟的空间是已经初始化过的了,里边全是0。
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。
realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。
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 注意:当ptr为NULL时,realloc执行malloc的功能
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
情况1 :当是情况1 的时候,要扩展内存就直接在原有内存之后追加空间,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,并把原空间的数据拷贝进新空间中之后释放原空间,再返回新空间的地址。
有如下代码:
cs
int main()
{
int* ptr1 = (int*)malloc(10);
if (ptr1 == NULL)
{
exit(-1);
}
printf("%p\n", ptr1);
int* p1 = NULL;
p1 = (int*)realloc(ptr1, 20);
if (p1 == NULL)
{
exit(-1);
}
ptr1 = p1;
printf("%p\n", ptr1);
int* ptr2 = malloc(100);
if (ptr2 == NULL)
{
exit(-1);
}
printf("%p\n", ptr2);
int* p2 = NULL;
p2 = realloc(ptr2, 1000);
if (p2 == NULL)
{
exit(-1);
}
ptr2 = p2;
printf("%p\n", ptr2);
free(ptr1);
free(ptr2);
return 0;
}
运行结果:
C/C++程序的内存开辟
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。
-
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。
-
数据段(静态区): 存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放 。
-
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
结构体 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:
cs
struct st_type1
{
int i;
int a[0];//柔性数组成员
};
struct st_type2
{
int i;
int a[];//柔性数组成员
};
特点:
- 结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。
- 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:
cs
typedef struct st_type
{
int i;
int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(type_a));
return 0;
}
运行结果:
柔性数组的使用:
cs
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));
p->i = 100;
for (i = 0; i < 100; i++)
{
p->a[i] = i;
}
free(p);
return 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。
柔型数组的优势:
cs
typedef struct st_type1
{
int i;
int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
typedef struct st_type2
{
int i;
int* p_a;
}type_b;
int main()
{
//代码1
int i = 0;
type_a* p1 = (type_a*)malloc(sizeof(type_a) + 100 * sizeof(int));
p1->i = 100;
for (i = 0; i < 100; i++)
{
p1->a[i] = i;
}
free(p1);
//代码2
type_b* p2 = malloc(sizeof(type_b));
p2->i = 100;
p2->p_a = (int*)malloc(p2->i * sizeof(int));
//业务处理
for (i = 0; i < 100; i++)
{
p2->p_a[i] = i;
}
//释放空间
free(p2->p_a);
p2->p_a = NULL;
free(p2);
p2 = NULL;
return 0;
}
上述 代码1 和 代码2 可以完成同样的功能,但是 代码1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,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。