【C语言】管理好你的动态内存
文章目录
- 前言
- 一、动态内存函数的介绍
-
- malloc
- free
- calloc
- realloc
- 二、常见的动态内存错误
- 三、几个经典的笔试题
- 四、C/C++程序的数据存储区
- 五、柔性数组(C99)
-
- 柔性数组的特点
- 柔性数组的使用
前言
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
但是上述的开辟空间的方式有两个特点：
1. 空间开辟大小是固定的。
2. 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。 这时候就只能试试动态存开辟了。
一、动态内存函数的介绍
malloc
C语言提供了一个动态内存开辟的函数
函数目的：
- 向内存堆区申请一块连续可用的空间，并返回指向这块空间的指针。
函数参数：
- 要开辟的空间字节数
函数返回值：
- 返回值为无类型指针，本质是系统开辟空间的首地址，设置为无类型方便赋值给其他类型（强转）
- 若开辟失败返回NULL
函数的使用：
#includefree
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
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。
如上述代码，需要在函数结束前（或者你想要释放的时候）使用free函数
free(ptr);//释放空间
ptr=NULL;//将指针置空，不然为野指针
calloc
再来认识一个用来动态内存分配的函数
- 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。
int main()
{
int* ptr = (int*)calloc(10, sizeof(int));
if (ptr == NULL)
{
//失败
printf("malloc fail!\n");
return -1;
}
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", *(ptr + i));
}
//记得释放
free(ptr);
ptr = NULL;
return 0;
}
realloc
还有一个用来动态内存分配的函数
- 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。
- ptr 是要调整的内存地址
- size 调整之后新大小（总的大小）
- 返回值为调整之后的内存起始位置。
- 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。
- 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，直接在后面补加空间
- 情况2：原有空间之后没有足够大的空间，找新的地方开辟空间。
realloc的使用
#include 二、常见的动态内存错误
- 对NULL指针的解引用操作
void test()
{
int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);
*p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题，需要先判断
free(p);
}
- 对动态开辟空间的越界访问
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
void test()
{
int a = 10;
int *p = &a;
free(p);//非动态分配空间，不可使用
}
- 使用free释放一块动态开辟内存的一部分
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
p++;
free(p);//p不再指向动态内存的起始位置，没有完全释放空间
}
- 对同一块动态内存多次释放
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
free(p);
free(p);//重复释放，发生错误
}
- 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
if(NULL != p)
{
*p = 20;
}
//未释放分配空间
}
int main()
{
test();
while(1);
}
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
三、几个经典的笔试题
野指针：指针指向非本程序所开辟的空间
题目1：
void GetMemory(char *p)
{
p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(str);
strcpy(str, "hello world");
printf(str);
}
p是局部变量，是str的一份拷贝，p被修改并不能改变str。所以str仍然为NULL，strcpy函数报错。
修改：
//传址
//地址的地址为二级指针
void GetMemory(char **p)
{
//解引用找到str，为其开辟空间
*p = (char *)malloc(100);
}
void Test()
{
char *str = NULL;
GetMemory(&str);//传地址
strcpy(str, "hello world");
printf(str);
//释放空间
free(str);
str=NULL;
}
题目2：
char *GetMemory()
{
char p[] = "hello world";
return p;
}
void Test()
{
char *str = NULL;
str = GetMemory();
printf(str);
}
这是属于返回栈空间地址的一类问题
p是局部变量，p在被调用函数结束之后销毁，str接收p的值，但是该地址指向的空间已经不属于程序，此时str属于野指针。最后打印出错。
题目3：
void GetMemory(char **p, int num)
{
*p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(&str, 100);
strcpy(str, "hello");
printf(str);
}
乍一看没问题，其实是最基础，也是问题最大的错误——忘记释放动态开辟内存。
题目4：
void Test(void)
{
char *str = (char *) malloc(100);
strcpy(str, "hello");
free(str);
//此时已经将str指向的空间释放，str为野指针（虽然值没变），它所指向的空间该程序已经不能访问
if(str != NULL)
{
//向不属于本程序的空间强行赋值，发生错误
strcpy(str, "world");
printf(str);
}
}
四、C/C++程序的数据存储区
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。
- 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。
五、柔性数组(C99)
也许你从来没有听说过柔性数组（flexible array）这个概念，但是它确实是存在的。 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。
例如：
struct st_type
{
int i;
int a[0];//柔性数组成员
};
有些编译器会报错无法编译可以改成：
struct st_type
{
int i;
int a[];//柔性数组成员
};
柔性数组的特点
- 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。
struct st_type
{
int i;//系统默认对齐数-8 int大小-4 对齐数 -4
int a[0];//柔性数组成员，不占结构体大小
};
printf("%d\n", sizeof(type_a));//输出的是4
柔性数组的使用
我们需要为柔性数组动态开辟内存，大小为 结构大小+想要的数组大小
#include当然如果不使用柔性数组我们也能达到类似的效果，但要注意释放动态分配空间的顺序。
#include两种方法比较
上述代码1 和 代码2 可以完成同样的功能，但是方法1 的实现有两个好处：
- 第一个好处是：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户。用户调用free可以释放结构体，但是用户并不知道这个结构体内的成员也需要free，所以你不能指望用户来发现这个事。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，并返回给用户一个结构体指针，用户做一次free就可以把所有的内存也给释放掉。
- 第二个好处是：这样有利于访问速度.
连续的内存有益于提高访问速度，也有益于减少内存碎片。