[C语言]-基础知识点梳理-动态内存管理

前言

各位师傅大家好，我是qmx_07，今天给大家讲解动态内存管理的相关知识，下一章节更新文件管理部分的知识点

为什么要进行动态内存分配

c 复制代码

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

上述的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，必须指定数组的⻓度，数组空间⼀旦确定了⼤⼩不能调整
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，所以引申了动态内存的概念，让程序员自己申请和释放空间

malloc和free

malloc和free函数使用，需要加载<stdlib.h>头文件

malloc

c 复制代码

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。

free

c 复制代码

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。

代码演示

c 复制代码

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (NULL == p)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	for (int i = 0; i <= 10; i++)
	{
		arr[i] = i;
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

使用free函数只是将这片内存空间还给操作系统，内容没有发生改变，所以我们需要把这个指针置空

calloc

c 复制代码

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。

代码演示

c 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (NULL == p)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

calloc = malloc + memset

realloc

概念: 通过malloc或者calloc方式申请空间，可能过小或者过大，这时候就需要使用realloc来更改已经申请的内存空间大小

c 复制代码

void* realloc (void* ptr, size_t size);

ptr 指针，也就是要改变的内存地址
size 要改变的大小

realloc 底层剖析

第一种开辟情况，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
第二种开辟情况，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

代码演示

详情参考底层剖析解释

动态内存错误

对NULL指针的解引用操作

c 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);
}

对动态开辟空间的越界访问

c 复制代码

void test()
{
int i = 0;
int *p = (int *)malloc(10*sizeof(int));
if(NULL == p)
{
exit(EXIT_FAILURE);
}
for(i=0; i<=10; i++)
{
*(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

c 复制代码

void test()
{
int a = 10;
int *p = &a;
free(p);
}

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);//此时p的位置已经发生了变化，p不再指向动态内存的起始位置
}

对同一块动态内存多次释放

c 复制代码

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）

c 复制代码

void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
if(NULL != p)
{
*p = 20;
}
}
int main()
{
test();
while(1);
}

重点:开辟空间之后，记得free置空

C/C++程序的内存开辟

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）（static）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。

总结

我们学习了malloc,calloc,realloc,以及c/c++程序的内存开辟，下一章节学习文件管理