动态内存管理
为什么存在动态内存管理
在此之前，我们开辟内存空间有两种方式。一种是创建一个已知类型的变量。
比如说：
c
int a=10; //在栈空间上开辟4个字节向系统申请了4个字节的内存空间。(对于 int型，4个字节它是固定的。)
还有一种是，创建一个数组。
比如说：
c
int arr[10]; //在栈空间上开辟40个字节的连续空间。向系统申请了40个字节的内存空间。当这个数组开辟好了空间，没有办法改变它的大小。
对于数组的创建，它的内存开辟方式是比较死板的。
c
int arr1[10];
int arr2[100]；我们创建数组时，在一开始时就会指定数组的大小。arr1的内存空间为40个字节，可以存放10个整型元素。arr2的内存空间为400个字节，可以存放100个整型元素。
但有可能我们在使用数组arr1的时候，需要存放11个数组元素，而没有办法把它边长 。
我们可能为了尽可能满足很多情况，而创建一个很大的数组arr2，但在实际使用过程中，我们可能只会存放20个元素，而导致了内存空间的浪费。
所以这样的内存开辟方式它是固定的，是不够灵活的。 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，那么数组在编译时开辟空间的方式就不能满足了。 所以，我们需要学会开辟动态内存。
动态内存函数的介绍
malloc
free
calloc
realloc
🎊malloc
malloc函数的原型：
c
void* malloc(size_t size);malloc声明在stdlib.h头文件中。
功能：
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，则返回指向这块空间的指针。
- 如果开辟失败，则返回一个NULL指针。
- 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。
因此，malloc函数的返回值一定要做检查。
举个例子：
原来，我们用数组在栈区开辟内存空间:
现在，我们在堆区动态开辟同样大小的内存空间：
根据malloc函数的原型，我们需要传递一个参数，以字节为单位的内存。
c
malloc(40)//即开辟了40个字节的内存空间然后，我们需要一个指针p来指向这块儿开辟好的连续的 内存空间。
但由于 malloc函数的返回值为 void*，即无类型指针，所以我们需要先进行强制转换，将无类型指针转换为整型指针。
因此，
c
int* p=(int*)malloc(40);此时我们，开辟的空间在内存中的堆区的空间，但是指向这块空间的指针是放在栈中的，也就是上面例子中的p指针。
如下图所示。
但是，正如我们上面所提到的，我们只是用malloc函数向内存申请开辟40个自己的连续空间，不一定开辟成功。所以我们需要利用指针p进行进一步检验。
若开辟成功，进行访问：
malloc函数 申请的内存空间，但程序退出时，不会主动释放的，需要使用free函数来释放。
补充：perror函数
perror函数（忘的打印输出函数）
来自这篇博客：C语言perror函数详解
🎊free
C语言提供free函数，专门用来做动态内存的释放和回收的。
free函数原型：
c
void free(void *ptr);free函数也是声明在头文件<stdlib.h>中的。
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。
🎊calloc
C语言还提供了一个函数叫calloc，calloc函数也用来动态内存分配。
calloc函数的原型：
c
void* calloc(size_t num,size_t size);calloc函数的功能为，为num个大小为size的元素开辟一块空间，并且把每个字节初始化为0。
与函数malloc函数的区别只在于calloc会在返回地址之前把申请的每个字节初始化为0。
即：
c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));//开辟10个大小为sizeof(int),即4个字节 的空间
//判断是否开辟成功
if (p == NULL)
{
perror("calloc");
return 1;
}
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
printf("%d\n", *(p + i));
return 0;
}
🎊realloc
realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活
有时候我们发现之前申请的内存过小了，有时候我们发现我们申请的内存过大了，所以，在一些时候，我们需要对内存的大小做灵活的调整。那么realloc函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整。
realloc函数的原型如下：
c
void* realloc(void* ptr,size_t size);其中，ptr是要调整的内存的地址。
size是调整之后的新的内存的大小。
返回值是调整之后内存的起始位置。
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。
举个例子：
我们首先使用malloc函数开辟40个字节的空间：
c
//malloc函数申请空间
int* p = (int*)malloc(40);
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
//初始化
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
*(p + i) = i;我们想要将这个空间扩大，扩大为80个字节的空间。
于是我们使用realloc函数进行调整。但是内存空间的变化可能有不同的情况。
情况一，后面有足够的空间。
即这样的情形：
要扩展内存就直接在原有内存之后直接追加空间，原来空间的数据不发生变化。
情况二，后面没有足够的空间：
那么就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。
c
//增加一些空间
int *ptr=realloc(p, 80);
if (ptr != NULL)
{
p = ptr;
}在用realloc函数调整动态内存空间时，要注意不能将原来的p指针，来接收realloc(p,80)。
这是因为relloc函数不一定开辟成功新的空间而进行调整，即realloc函数的返回值可能为NULL。
那么p=NULL，本来p维护40个字节的空间。那么这样那个40个字节空间的字节就没有指针维护了。但还没有释放，可能用不到了，但可能找不到了，从而造成内存泄露。
常见动态内存错误
对空指针的解引用操作
当我们用malloc函数在堆上开辟了内存空间，此时会返回一个指针，如果，我们不判断返回值的话，可能就会发生对空指针解引用的错误。
比如：
c
void test()
{
int *p = (int *)malloc(INT_MAX*10);
*p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
free(p);
}- INT_MAX 是在计算机编程中表示有符号整型(signed integer)所能存储的最大值。
如上如，p是空指针。那么就发生了对空指针的解引用操作的错误。
对动态开辟空间的越界访问
这个道理和在栈上申请空间是一样的道理。
在堆上申请空间，超过范围越界访问就会报错。
c
void test()
{
int i = 0;
int *p = (int *)malloc(10*sizeof(int));
if(NULL == p)
{
exit(-1);
}
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
对于在栈上开辟的空间，却用free来释放...头脑不清醒可能会用free来释放吧...
使用free释放一块动态开辟内存的一部分
例如，下面的一段代码，p没有释放掉动态内存起始位置的那块空间。
这种错误就是在写代码的过程中，起始指针跑偏了，但自己可能没有意识到。
所以，一块连续的空间必须重头释放，一次性全部释放完。
对同一块动态内存多次释放
例如下面这段代码，它释放了两次，就会出现报错。
更好的习惯是，当我们释放完一段空间后，将指针p设置为空指针。
c
void test()
{
int *p=(int *)malloc(100);
free(p);
p=NULL;
free(p);//此时就什么事就没有了
}动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
c
void test5()
{
int* p = (int*)malloc(100);
if (NULL != p)
{
*p = 20;
}
}
int main()
{
test5();
while(1);
return 0;
}例如，这段代码，在主函数中，我调用test5()函数时，p指针在堆上申请了一块空间，但是函数调用完毕后，出了这个test5()函数，局部变量指针p已经销毁了。
但是，这在堆上开辟的100个空间还在占用。
并且出了这个函数，我们已经找不到这块空间的地址了，程序while(1)还在继续。
我们想用，但是不知道这块空间的起始地址，所以我们用不上。同样的，我们想要释放，我们还是释放不了。这就造成了内存泄漏 。
所以它只有当程序结束后，才会自动释放。