05动态内存管理
我知道的只是 “ 肉随便加 ”和 “ 要加多少加多少 ” 这些词。 ———— 路飞
阶段2目标：
此阶段开始大量刷题，多多参加编程类竞赛，在实战中锻炼编程思维和本领，并且要在不断复习夯实初阶的基础上，刻意地进行编程思维的训练。学无止境！为了精进编程，可以去学习一切为他服务的课程！
目录
本章重点：
一、为什么存在动态内存分配？
二、动态内存函数的介绍
1.malloc函数
2.free函数
3.calloc函数
malloc与calloc的异同：
4.realloc函数 （为了更合理的时候内存）
三、常见动态内存错误
1.对NULL指针的解引用操作
2.对动态开辟空间的越界访问
3.对非动态开辟内存使用free释放
4.使用free释放一块动态开辟内存的一部分
5.对同一块动态内存多次释放
6.动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
切记： 动态开辟的空间一定要释放，并且正确释放
应用：动态通讯录（优化版）
本章重点：
1.为什么存在动态内存分配
2.动态内存函数的介绍
- malloc
- free
- calloc
- realloc
3.常见的动态内存错误
4.几个经典的笔试题
5.柔性数组
一、为什么存在动态内存分配？
我们已经掌握的内存开辟方式有：
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。 这时候就只能用动态内存开辟了。
二、动态内存函数的介绍
我们所知道，我们在堆区实现动态内存分配，利用malloc 、 calloc 、 realloc 、 free函数去进行相应的动态分配操作。如图：
1.malloc函数
C语言提供了一个动态内存开辟的函数：
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。
解释：
1.malloc函数的确官方定义是void* 指针，即：万能型指针。但是我们使用者在使用malloc的时候，需要用具体的类型，来接收，比如：int* 、char*
这样写，在解引用取空间中的值得时候，才不会报错；而如果是void* 去接收，解引用时就会有错误，因为编译器面对void* 该万能型指针，并不清楚去解引用几个字节。
即：在接收时，需要用具体的数据类型来接收malloc的空间。
”错误“ 代码：
int main()
{
//int arr[10] = { 0 };
void* p = malloc(40);
return 0;
}正确代码：
int* p = (int*)malloc(40);2.如果开辟失败，则返回一个NULL指针，即：malloc的返回值一定要做检查。
#include
#include
int main()
{
//int arr[10] = { 0 };
//申请空间
int* p = (int*)malloc(40);//开辟了40个字节空间，即：10个int类型空间
//判断是否 申请失败
if (p == NULL)
{
printf("申请失败！");
return -1;
}
//开辟成功了
//（初始化）/(赋值)
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
*(p + i) = i;
}
//释放空间
free(p);
return 0;
} 我们用 *( p + i ) = i;的方式来赋予空间内以初值，用free函数释放掉指针p维护的10个int类型的空间。而我们调试发现，free掉p之后，仅仅是那10个空间被释放掉了，而指针p仍旧是指向那块空间的地址，构成了一个野指针，所以以后就很危险，需要将p=NULL；让程序更安全。
#include
#include
int main()
{
//int arr[10] = { 0 };
//申请空间
int* p = (int*)malloc(40);//开辟了40个字节空间，即：10个int类型空间
//判断是否 申请失败
if (p == NULL)
{
printf("申请失败！");
return -1;
}
//开辟成功了
//（初始化）/(赋值)
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
*(p + i) = i;
}
//释放空间
free(p);
p = NULL;
return 0;
} 2.free函数
C语言提供了另外一个函数free，专门是用来做动态内存的释放和回收的，函数原型如下：
void free( void *memblock );
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。
解释：
1.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。
2.如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做。
假如 p指针并不是malloc来的，那么对于free(p);在C语言中是未定义的，即：free也不知道该怎么办了。
总结：
除非 p 本身等于NULL，否则free以后不会等于NULL。因为free不对指针的值做任何操作，而只是试图改变指针指向的一片连续的存储器空间的状态。如果这片存储器空间是malloc或其它兼容方式（例如POSIX库函数strdup）分配过来的，那么会释放这片空间，释放的空间可以之后再次被分配。如果指针本来就等于NULL，则调用free不会有任何作用。除以上两种情况外（包括再次free已经被free过的非空指针），free的行为是未定义的，比较有可能的是free这个指针进程在某个时刻突然莫名其妙地崩溃。
3.calloc函数
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：
#include
#include
#include
#include
int main()
{
int* p = calloc(10, sizeof(int));
//errno是存储错误信息
//用strerror函数返回 错误码所对应的错误信息
if (p == NULL)
{
printf("%s\n", strerror(errno));
return -1;
}
//开辟成功了
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", *(p + i));
}
//释放空间
free(p);
p = NULL;
return 0;
} 可能对于malloc与calloc有些疑问？什么情况下会开辟失败？？ 当然，内存空间不是无限大的，如果你开辟的过多，就会开辟失败，如：
malloc与calloc的异同：
同：都可以动态分配内存空间
异：
malloc函数仅仅是申请内存空间，并且返回起始地址，并不去初始化；而calloc函数既申请内存空间，并且返回起始地址，又去初始化每个字节为0。
总结：
在应用中，想要初始化就应用calloc，不想初始化就用malloc即可。
4.realloc函数 （为了更合理的时候内存）
（追加增容）
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 是调整之后新大小空间。
- 返回值为调整之后的内存起始位置。（ 起初整个内存的开头 ）
- 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：
- 情况1：原有空间之后有足够大的空间
- 情况2：原有空间之后没有足够大的空间
情况1 当是情况1 的时候，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。
情况2 当是情况2 的时候，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。
由于上述的两种情况，realloc函数的使用就要注意一些。
原有空间之后有足够大的空间
原有空间之后没有足够大的空间
#include
#include
#include
#include
int main()
{
//calloc，申请空间，并初始化为0
int* p = calloc(10, sizeof(int));
//errno是存储错误信息
//用strerror函数返回 错误码所对应的错误信息
if (p == NULL)
{
printf("%s\n", strerror(errno));
return -1;
}
//开辟成功了
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
*(p + i) = i;
}
//空间不够，增加空间至 20个int
int* ptr = (int*)realloc(p, 20 * sizeof(int));
if (ptr != NULL)
{
p = ptr;
}
//以防空指针，造成越界访问，程序崩溃
else
{
return -1;
}
//给新开辟的空间赋值
for (i = 10; i < 20; i++)
{
*(p + i) = i;
}
//打印
for (i = 0; i < 20; i++)
{
printf("%d ", *(p + i));
}
//释放空间
free(p);
p = NULL;
return 0;
} 三、常见动态内存错误
1.对NULL指针的解引用操作
错误写法：
int* p = (int*)malloc(20);
*p = 20;//直接这样写，是有风险的！！
free(p);改写：
int* p = (int*)malloc(20);
if (p == NULL)
{
return -1;
}
*p = 20;//直接这样写，是有风险的！！
free(p);2.对动态开辟空间的越界访问
错误写法：
int main()
{
int* p = (int*)malloc(200);
if (p == NULL)
{
return -1;
}
int i = 0;
for (i = 0; i <= 80; i++)
{
*(p + i) = i;//当i是10的时候越界访问
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}改写：
int main()
{
//此处的200，不是200个空间，而是200个字节，对应到int类型只是50个空间
//而 访问的是0 ~ 80，造成了越界访问
int* p = (int*)malloc(200);
if (p == NULL)
{
return -1;
}
int i = 0;
for (i = 0; i <= 50/*80*/; i++)
{
*(p + i) = i;//当i是10的时候越界访问
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}3.对非动态开辟内存使用free释放
错误代码：
int main()
{
int a = 10;
int* p = &a;
free(p);
p = NULL;
return 0;
}该错误在于，变量a在内存的栈区，而free是释放动态内存的，即：对堆区的空间才有用，此时程序会崩溃。
4.使用free释放一块动态开辟内存的一部分
错误代码：
int main()
{
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (p == NULL)
{
return -1;
}
//使用
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
*p++ = i;
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}错误原因：
p最后指向的不再是起始地址，而free释放就要释放全部（ free的脾气 ）。
5.对同一块动态内存多次释放
错误代码：
int main()
{
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (p == NULL)
{
return -1;
}
//使用
//...
//释放
free(p);
free(p);
p = NULL;
return 0;
}对于不属于自己的指针（ 已经释放过了，p不再维护该动态分配的空间了 ），再次进行free(p)，程序就会崩溃； 请思考，这样写对不对呢？
//释放
free(p);
p = NULL;
free(p);
p = NULL;这样写，是对的，因为p已经置NULL了，而对于NULL，我们知道，free(BULL)；是没错的，只不过是没有用处的写法罢了！
6.动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
错误代码：
//动态开辟的内存忘记释放
//在堆区申请的空间，有2种方式可以回收
//1.主动free
//2.程序结束时，操作系统会自动回收
int main()
{
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (p == NULL)
{
return -1;
}
//使用
//...
//忘记释放了
return 0;
}错误原因：
我们在堆区开辟的内存，一直未释放，就会一直存在与堆区，造成内存被占用，对应到后端程序就是，运行变卡；这样一块内存，我们不能够对他进行使用，也没有去释放掉，就造成了 “ 内存泄漏 ”。
忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄漏。
切记： 动态开辟的空间一定要释放，并且正确释放