C进阶-动态内存管理

本章重点：

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

经典的笔试题

柔性数组

1.为什么存在动态内存分配

开辟空间的方式有两个特点：

空间开辟大小是固定的。

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。这时候就只能试试动态存开辟了。

2.动态内存函数的介绍

动态内存管理函数： malloc、free、realloc、calloc

2.1malloc函数：

void* malloc (size_t size);

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。

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的行为是标准是未定义的，取决于编译器。

free函数：

void free (void* ptr);

free函数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。

cpp 复制代码

int main()
{
    //int arr[10];
    int* p = (int*)malloc(40);  // 使用malloc需要 #include <stdlib.h>

    if (p == NULL)
    {
        perror("malloc");
        return 1;
    }
    //开辟空间成功
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("%d\n",*(p+i));
    }

    free(p);   // 把p所指的空间释放
    p = NULL;

    return 0;
}

2.2 callo函数

void* calloc (size_t num, size_t size);

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。

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。举个例子：

cpp 复制代码

int main()
{
    //int* p  = (int*)calloc(INT64_MAX,sizeof(int)); //开辟失败
    int* p  = (int*)calloc(10,sizeof(int)); //开辟失败
    if (p == NULL)
    {
        perror("calloc");
        return 1;
    }

    //打印数据
    int i = 0;
    for (i = 0; i<10; i++)
    {
        printf("%d ",p[i]);
    }
    //释放
    free(p);
    p = NULL;

    return 0;
}

2.3 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。函数原型如下：

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在调整内存空间的是存在两种情况：

cpp 复制代码

int main()
{
    int* p = (int*)malloc(40);
    if (p == NULL)
    {
        perror("malloc");
        return 1;
    }

    //初始化为1-10
    int i = 0;
    for (i = 0;i < 10;i++)
    {
        p[i] = i+1;
    }
    //增加一些空间
    int* ptr =  (int*)realloc(p,80);
    if (ptr != NULL)
    {
        p = ptr;
    }
    else
    {
        perror("realloc");
        return 1;
    }

    //打印数据
    for (i = 0; i< 20; i++)
    {
        printf("%d\n",p[i]);
    }
    //释放
    free(p);
    p = NULL;

    return 0;
}

3 常见的动态内存操作

3.1 对NULL指针的解引用操作

cpp 复制代码

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);
}

int main()
{
    test();


    return 0;
}

3.2 对动态开辟空间的越界访问

cpp 复制代码

int main()
{
    int i = 0;
    int *p = (int*)malloc(40);
    if(p == NULL)
    {
        perror("malloc");
        return 1;
    }
    for (i = 0; i < 20; i++)
    {
        p[i] = i;  //越界访问
    }
    free(p);
    p = NULL;

    return 0;
}

3.3 对非动态开辟内存使用free释放

cpp 复制代码

int main()
{
    int a = 10;
    int* p = &a;
    printf("%d\n",*p);

    free(p);
    p = NULL;


    return 0;
}

3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

cpp 复制代码

int main()
{
    int i = 0;
    int *p = (int*)malloc(40);
    if(p == NULL)
    {
        perror("malloc");
        return 1;
    }
    for (i = 0; i < 5; i++)
    {
        *p = i;
        p++;
    }

    //释放
    free(p);
    p = NULL;


    return 0;
}

3.5 对同一块动态内存多次释放

cpp 复制代码

int main()
{
    int* p = (int*)malloc(40);
    if (p == NULL)
    {
        return 1;
    }
    //使用
    free(p);
    //p = NULL;

    free(p);
    return 0;
}

3.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

cpp 复制代码

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

int main()
{
    test();
    while(1);

    return 0;
}