动态内存管理
为什么要有动态内存分配
我们已经掌握的内存开辟⽅式有：
cpp
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个字节的连续空间但是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 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。
C语⾔引⼊了动态内存开辟，让程序员⾃⼰可以申请和释放空间，就⽐较灵活了。
1. malloc和free
1.1 malloc在堆区申请指定大小的内存-单位字节
cpp
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。
注意点及最佳实践：
cpp
//申请的空间的值是随机值如果没有解引用初始化
//返回的指针类型是void*
int* p = (int*)malloc(sizeof (int));
if(p!=NULL)
{
printf("%d\n", *p);
}free函数释放动态内存
C语⾔提供了另外⼀个函数free，专⻔是⽤来做动态内存的释放和回收的，函数原型如下：
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。
malloc和free都声明在 stdlib.h 头⽂件中。
cpp
int* p = (int*)malloc(sizeof (int));
if (p != nullptr)
{
*p = 1;
printf("%d\n", *p);
free(p);
//申请的内存释放后还是可以解引用访问的
printf("%d\n", *p);
//最佳实践把释放的内存的指针置空防止误操作访问
p = NULL;
}2 calloc和realloc
2.1 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。原型如下：
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
int* p = (int*)calloc(4,sizeof (int));
if (p != nullptr)
{
for (int i = 0; i < 4; i++)
{
printf("%d ", *(p + i));//0 0 0 0
}
}
free(p);所以如果我们对申请的内存空间的内容要求初始化，那么可以很⽅便的使⽤calloc函数来完成任务。
2.2realloc
• 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。
void* realloc (void* ptr, size_t size);
参数
-
ptr -- 指针指向一个要重新分配内存的内存块，该内存块之前是通过调用 malloc、calloc 或 realloc 进行分配内存的。如果为空指针，则realloc会分配一个新的内存块，且函数返回一个指向它的指针。
-
size -- 内存块的新的大小，以字节为单位。如果大小为 0，且 ptr 指向一个已存在的内存块，则 ptr 所指向的内存块会被释放，并返回一个空指针。
注意点
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。
如果新申请的空间不够原来的，那么会把数据截断保存到新的空间中，够就全部保存。
cpp
int main()
{
int* p = (int*)calloc(5, sizeof(int));
if (p == NULL)
{
return 0;
}
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
*(p + i) = i;
printf("%d ", *(p + i));
}
printf("\n");
//出现申请的空间比原来的小
int* pp = (int*)realloc(p,sizeof(int)*3);
if (pp == NULL)
{
}
else
{
p = pp;
pp = NULL;
//可以发现只有前面三个数据被重新拷贝到新空间了
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
printf("%d ", *(p + i));
}
printf("\n");
}
}
//0 1 2 3 4 --移动前
//0 1 2 -33686019 -572662307 --移动后返回值
-
如果成功，
realloc()返回指向新内存块的指针**,旧的申请的内存会被释放**。 -
如果失败，返回
NULL，并且原来的内存块仍然保持不变（并没有释放）。
使用说明
-
realloc()可能会将内存块移动到新的位置（如果在原位置没有足够的空间容纳新的大小）。如果移动成功，ptr会指向新位置。需要特别注意，旧的ptr指针需要被更新为realloc()返回的新地址。 -
如果内存分配失败，
realloc()返回NULL，而原始的内存块不会被释放。 为避免内存泄漏，应该使用一个临时指针来接收realloc()的返回值，并检查是否为NULL。
cpp
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int *ptr = (int*)malloc(100);
if(ptr != NULL)
{
//业务处理
}
else
{
return 1;
}
//扩展容量
//代码1 - 直接将realloc的返回值放到ptr中
//这样做如果申请失败返回空指针，那么原来的内存的指针就被覆盖成空指针了
//原来的内存申请失败并没有没有被释放，导致内存泄漏
ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);
//代码2 - 先将realloc函数的返回值放在p中，不为NULL，在放ptr中
int*p = NULL;
p = realloc(ptr, 1000);
if(p != NULL)
{
ptr = p;
}
//业务处理
free(ptr);
return 0;
}注意事项
-
检查返回值 ：总是检查
realloc()的返回值。如果返回NULL，不要直接丢弃原有指针。 -
内存泄漏 ：如果
realloc()返回NULL，原来的内存块不会释放。此时应释放原有内存并处理错误情况。 -
指针失效 ：如果你直接使用原指针来接收
realloc()返回的新指针，可能会导致内存泄漏，尤其是在realloc()失败时。因此，通常先用临时指针接收返回值。
3 常⻅的动态内存的错误
对⾮动态开辟内存使⽤free释放
cpp
void test()
{
int a = 10;
int *p = &a;
free(p); //ok？会导致程序直接被中断
}使⽤free释放⼀块动态开辟内存的⼀部分--部分内存泄漏
cpp
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
p++;
free(p); //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
cpp
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
free(p);
free(p); //重复释放
}4 柔性数组
C99 中，结构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。
cpp
typedef struct st_type
{
int i;
int a[0]; //柔性数组成员
}type_a;性数组的特点和注意点：
• 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必须⽤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。
唯一性 ：一个结构体只能有一个柔性数组成员。
位置限制 ：必须是最后一个成员，且前面至少有一个命名成员（非柔性数组）。
cpp
typedef struct st_type
{
int i;
int a[0]; //柔性数组成员，必须是最后一个成员
}type_a;
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(type_a)); //输出的是4
return 0;
}柔性数组的使⽤
cpp
//代码1
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int i = 0;
//必须使用动态内存开辟空间，多开出来的空间给柔性数组
type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int));
//业务处理
p->i = 100;
for(i=0; i<100; i++)
{
p->a[i] = i;
}
free(p);
return 0;
}
//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
//⼾。⽤⼾调⽤free可以释放结构体，但是⽤⼾并不知道这个结构体内的成员也需要free，所以你不能
//指望⽤⼾来发现这个事。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
//回给⽤⼾⼀个结构体指针，⽤⼾做⼀次free就可以把所有的内存也给释放掉。总结C/C++中程序内存区域划分
C/C++程序内存分配的⼏个区域：
-
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，也叫做函数栈帧。**
-
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。
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代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的⼆进制代码和只读常量比如字符串常量。