超详细的C进阶教程！（五）动态内存管理

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我们在以前的文章中提到，其实计算机的内存分为以下三个区

1. 栈区：用于存放临时变量，形式参数
2. 堆区：用于动态内存管理
3. 静态区：用于存放静态变量，全局变量等

而我们今天要讨论的动态内存管理，则是在堆区上创建的

一般来说，堆区的空间比栈区要大，堆区大约有几个G的内存而栈区可能只有几百M

引例

为什么会存在动态内存分配？

比如，我们要实现这种变长数组

int n=0;
scanf("%d",&n);
int a[n]={
     0};

这个数组的长度在使用前我们是不知道的，所以用一个变量来代替

但是，这个代码并不一定在所有编译器上都能编译成功，所以导致了一个可移植性的问题

但用动态内存管理，就能解决变长数组的跨平台问题了

int n=0;
scanf("%d",&n);
int* arr=(int*)malloc(sizeof(int)*n);

这个代码可以在堆区开辟n个整型的空间

亦或者，比如力扣第一题

我们需要返回一个int*，也就是一个整型数组
但返回方式就只能先在堆上开辟空间，进行修改后再返回这一块空间起始位置的指针

因为，在函数内开辟的数字，出了函数是要销毁的，所以不能直接返回

所以，动态内存管理是C语言一个重要的部分

而要介绍这一章的内容，核心是以下的几个函数

注意，动态内存函数需要头文件！

动态内存函数介绍

malloc函数

函数有一个参数，代表需要开辟空间的大小，单位字节

这个函数的功能是在堆上开辟一块连续的空间，函数返回一个void指针，指向这块空间的起始位置

int* arr = sizeof(20);开辟20字节的空间，由int接受

但你需要注意：这个函数的返回类型是void*类型，万能接受指针，使用前最好强制类型转换一下，与数组类型匹配

int* arr = (int*)sizeof(20);

如果此函数开辟失败，则返回一个NULL指针

所以，在使用空间前，一定要检查有效性

int main()
{
     
	int* arr = (int*)malloc(20);
	if (!arr)
	{
     
		printf("fail\n");
		exit(-1);
	}
	else
	{
     
		//操作
	}
	return 0;
}

有什么情况会返回失败呢？
当然有，你开辟的空间过大，将会开辟失败！

calloc函数

这个函数有两个参数，第一个参数代表开辟的元素个数，第二个参数代表每个元素占的字节数

另外，这个函数会自动将这块空间初始化为0，但malloc不会
以下两个数组是等价的

int arr[10] = {
      0 };
int* arr1 = (int*)calloc(10, sizeof(int));

free函数

这个函数的参数是一个地址，可以将指向的这块动态管理的空间释放掉

使用示例：

int main()
{
     
	int* arr = (int*)malloc(20*sizeof(int));
	if (!arr)
	{
     
		printf("fail\n");
		exit(-1);
	}
	else
	{
     
		//操作
	}
	return 0;
}
free(arr);
arr=NULL;//这步有必要吗

最后一句虽然可以去掉，但这个语句却非常重要

因为将空间释放掉了，这块空间就还给操作系统了就不属于我们了！这个指针也成了俗话说的野指针！

所以，最后一句可以防止野指针问题

我们在编程中，为了防止内存泄露，在此空间使用完成后，必须及时释放掉！

realloc函数

这个函数两个参数，第一个为一个数组，第二个是一个大小

这个函数的功能是将原数组调整到指定大小！

使用示例
注意：需要一个中间变量来交换**（会自动将原数组数据拷贝），同样需要检查有效性**

int main()
{
     
	int* arr = sizeof(20);
	if (!arr)
	{
     
		printf("fail\n");
		exit(-1);
	}
	int* tmp = realloc(arr, 100);
	if (!tmp)
	{
     
		printf("fail\n");
		exit(-1);
	}

	else
	{
     
		arr = tmp;
		//操作
	}
	return 0;
}

完整的动态空间使用示例

int main()
{
     
	int* arr = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
	if (!arr)
	{
     
		printf("fail\n");
		exit(-1);
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
     
		arr[i] = i;
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	int* tmp = (int*)realloc(arr, 20 * sizeof(int));
	if (!tmp)
	{
     
		printf("fail\n");
		exit(-1);
	}
	arr=tmp;
	for (int i = 11; i < 20; i++)
	{
     
		arr[i] = i;
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	free(arr);
	arr = NULL;
	tmp = NULL;
	return 0;
}

输出结果

总结与提示

1. 使用动态空间时一定要检查空间开辟是否成功
2. 你最好不要越界访问，对程序没有什么好处
3. 不要去尝试对非动态开辟内存执行free函数
4. free这块空间时，严禁修改指向这块空间的指针值