【C语言】动态内存管理

s_little_monster2024-04-05 15:35

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动态内存管理

一、存在动态内存分配的原因

我们已经掌握了两种内存开辟的方式

c 复制代码 
int a = 10;
int arr[3] = {0};

但是这样开辟的空间有两个特点：

①空间开辟的大小是固定的

②数组长度大小不能改变

这样我们引入动态内存开辟，就可以实现我们自己申请和释放空间

二、malloc和free

二者都在头文件 stdlib.h 下

1、malloc

malloc是一个动态内存开辟函数

c 复制代码 
void* malloc (size_t size);

malloc向内存申请一块连续的，大小为size个字节的空间，如果开辟成功，则返回指向这块空间的指针，如果开辟失败，则返回一个NULL指针，size最好不为0，若size为0，此时malloc的行为取决于编译器，是未定义的

返回值为void* 所以在使用时要使用强制转换的方式使malloc函数知道自己开辟空间的类型

2、free

c 复制代码 
void free (void* ptr);

free用来释放动态内存

ptr指向程序员想要释放的动态开辟的内存

如果ptr指向的空间不是动态开辟的，那么它的行为将取决于编译器

如果ptr指向的是NULL指针，则free啥也不干

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int arr[5] = { 0 };
	int* ptr = NULL;
	ptr = (int*)malloc(5 * sizeof(int));
	if (NULL != ptr)//确保动态内存被开辟出来
	{
		int i = 0;
		for (i = 0; i < 5; i++)
		{
			*(ptr + i) = i;
		}
	}
	free(ptr);
	ptr = NULL;
	return 0;
}

我们在每次使用完动态内存时都要将它释放，不然就会造成内存泄漏，搞的堆区里的内存越用越少，并且将指向这块空间的指针置为空，不然这个指针会成为野指针

三、calloc和realloc

1、calloc

c 复制代码 
void* calloc (size_t num, size_t size);

calloc与malloc相似，num是数量，size是大小，就是为num个大小为size的元素开辟一块空间

并且在返回地址前把每一个元素初始化为0（calloc与malloc唯一的区别）

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int* ptr = NULL;
	ptr = (int*)calloc(5 , sizeof(int));
	if (NULL != ptr)
	{
		int i = 0;
		for (i = 0; i < 5; i++)
			printf("%d", *(ptr + i));
	}
	free(ptr);
	ptr = NULL;
	return 0;
}

粗略的说，calloc的参数就是把malloc的参数中的 ' * ' 改为' ，',一个参数变成两个参数

realloc

realloc函数可以调整开辟的动态内存大小

c 复制代码 
void* realloc (void* ptr, size_t size);

ptr是需要被调整内存的地址

size是调整后的新大小

返回值为调整后的内存起始位置

在追加空间时，会出现两种情况：

比如说我们有一块20字节的内存空间，当我们使用realloc再次扩展20个字节的空间的时候我们会向后访问20个字节，若这个区域没有被使用，前二十个字节与这二十个字节变成一块动态内存区域，返回这个位置的起始地址；若这个区域被使用了，前二十个字节会被回收，重新在堆上合适的地方开辟一块新的动态内存区域，返回指向这个新的内存的地址

这样如果申请的空间比较大时，我们就不能直接用ptr直接接受realloc返回的地址，因为有可能堆区没有空间可以放的下这一块内存区域，会返回NULL

c 复制代码 
ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);

应该用一个新的指针来接受realloc的返回值，如果不是NULL，再赋给ptr

c 复制代码 
int*p = NULL;
p = realloc(ptr, 1000);
if(p != NULL)
ptr = p;

四、常见的动态内存错误

1、解引用NULL

c 复制代码 
int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);

这时p的值为NULL，不能对p解引用

2、对非动态内存开辟内存使用free释放

3、 对动态开辟空间越界访问

4、使用free释放一块动态开辟内存的一部分

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

5、对同一块动态内存进行多次释放，即多次对一个地址使用free

6、忘记释放动态开辟内存，造成内存泄漏

五、常见错误

1、形参实参问题、内存泄漏问题

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
void GetMemory(char* p)
{
	p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(str);
	strcpy(str, "hello world");
	printf(str);
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

我们进入到Test函数后，定义了一个str空指针，将其作为实参传给GetMemory函数，GetMemory用形参指针p接受，形参指针p指向在堆区开辟的动态内存空间

①p是形参，改变p没有改变str

②没有回收开辟的动态内存空间，造成内存泄漏

最后因为str还是NULL，最终printf也不会打印任何东西出来

没有释放动态内存空间，造成内存泄漏

（指针没有置为空）

2、函数空间被回收

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <string.h>
char* GetMemory(void)
{
	char p[] = "hello world";
	return p;
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	str = GetMemory();
	printf(str);
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

进入到Test，指针str为空指针，进入GetMemory将定义一个数组p，数组中存放字符串"hello world"，return p返回了第一个字符'h'的地址，return结束后GetMemory被回收，字符串"hello world"也被回收，接受了p的str变成了野指针，打印出的是乱码

3、空指针危险

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
void GetMemory(char** p, int num)
{
	*p = (char*)malloc(num);
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(&str, 100);
	strcpy(str, "hello");
	printf(str);
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

进入Test，指针str为NULL，进入GetMemory，将malloc的开辟的动态内存空间的地址存到一级指针*p中 ,&str是取整个字符串的地址都用二级指针接受，一级指针就是首元素地址，故指针str指向malloc开辟的动态内存空间，这样strcpy和printf也能正常工作了

当然，这个也要经过修改，因为在GetMemory中，我们直接用 *p接受了malloc开辟的动态内存空间，但可能会开辟失败返回NULL，所以我们要加一个if语句来确保程序正确运行：

c 复制代码 
void GetMemory(char** p, int num)
{
	char* ptr = (char*)malloc(num);
	if (NULL != ptr)
	{
		*p = ptr;
	}
}

还有就是它没有释放动态内存，造成内存泄漏

（指针没有置为空）

4、使用被free过的动态内存空间指针

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
void Test(void)
{
	char* str = (char*)malloc(100);
	strcpy(str, "hello");
	free(str);
	if (str != NULL)
	{
		strcpy(str, "world");
		printf(str);
	}
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

指针str指向malloc开辟动态内存函数空间，将hello复制到里边，然后释放，然后再检查str是否为NULL，再将world复制里边，打印.

首先str直接接受malloc开辟的动态内存空间的地址是不安全的，应该像上题一样修改一下，然后这块空间被free掉了，str就变成了野指针，很大可能不是NULL，那么它就会修改一个未知的地方的量为world然后打印，非常不安全

六、柔性数组

在C99中，结构中的最后一个元素如果是数组的话，可以允许它是未知大小的，叫做柔性数组成员

c 复制代码 
struct S
{
	int i;
	char a[0];//柔性数组，有的编译器上写char a[];
};

柔性数组的特点

①柔性数组不能单独存在在结构体中，前边必须有至少一个其他成员

②使用sizeof不会计算柔性数组的内存

c 复制代码 
typedef struct S
{
	int i;
	char a[0];
}s;
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(s));
	return 0;
}

③包含柔性数组的结构用malloc进行内存的动态分配，分配的内存应该大于结构的大小

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
typedef struct S
{
	int i;
	int a[0];
}s;
int main()
{
	int i = 0;
	s* p = (s*)malloc(sizeof(s) + 100 * sizeof(int));
	p->i = 100;
	for (i = 0; i < 100; i++)
	{
		p->a[i] = i;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

今天的分享就到这里了~

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