深入理解《动态内存》管理——C语言

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❄️栈区堆区静态区介绍

• 首先动态内存开辟之前叙述一下C/C++程序内存分配的几个区域
  

栈区（stack）

国外最有名的被称为程序员的知乎的网站就叫做Stack Overflow哦

1.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。
2.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。
3.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）

• ❄️堆区一般有个原则是谁开辟的空间谁来释放

1.一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由(操作系统)OS回收 。分配方式类似于链表。
3.一般必须由程序员来free释放掉，否则造成内存泄漏很严重，C/C++编译器检查不出来内存泄漏，如果你以后在工作时没有自行free释放掉你自己开辟的空间。年终奖就没了哦（大厂差不多几万元）

静态区（static）

• 数据段（静态区）存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。

小结

• 实际上普通的局部变量是在栈区分配空间的，栈区的特点是在上面创建的变量出了作用域就销毁。
• 但是被static修饰的变量存放在数据段（静态区），数据段的特点是在上面创建的变量，直到程序结束才销毁所以生命周期变长。

❄️为什么要有动态内存？

我们已经掌握的内存开辟方式有：

• 在栈区开辟4个字节的整型局部变量val。
• 在栈区上开辟10个字节的连续空间

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

所以这时候动态内存就横空出世了

❄️动态内存函数的介绍

❄️小技巧（tip）：关于查函数的用法、原型、返回值。可以上这个网站
http://www.cplusplus.com/

malloc

❄️函数功能：

• 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。

❄️函数原型

void* malloc (size_t size);

注意点：

• 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。一般的检查如下所示

int* p = (int*)malloc(4);
if(p == NULL)
{
	return;
}

• 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。

free

❄️函数功能：

• 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。
• 这个函数和malloc等内存函数配套使用

❄️函数原型

voidfree (void*ptr);

注意：

• ree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函数的行为是错误的！。

• 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

malloc和free函数使用三步曲

• 首先使用malloc开辟空间。
• 再free掉这块空间。
• 然后将free后的空间置空，否则外部可能解引用这个空间。出现野指针现象。
• 正常情况下三步曲缺一不可。

#include 
int main()
{
 int* ptr = NULL;
 ptr = (int*)malloc(num*sizeof(int));
 if(NULL != ptr)//判断ptr指针是否为空
 {
	 int i = 0;
	 for(i=0; i<num; i++)
	 {
		 *(ptr+i) = 0；
	 }
 }
 free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存
 ptr = NULL;//一定要置空。
 return 0; 
}

calloc

❄️函数功能：

• 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。
• 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。

❄️函数原型

void* calloc (size_t num, size_t size);

注意：

• 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。

realloc

❄️函数功能：

• realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。
• 为了对内存的大小做灵活的调整这个函数横空出世。
• 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。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

void* realloc (void* ptr, size_t size);

注意：

• ptr 是要调整的内存地址
• size 调整之后新大小
• 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拷贝到 新 的空间

realloc函数的两种情况原理

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。

• 原有空间之后有足够大的空间

• 绿色的长方形框框为新添加的空间。
  

情况2；

• 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。
• 但函数返回的是一个新的内存地址。
• 绿色的ptr是新返回的空间

❄️新手常见的错误

刚学会这些函数一般会犯的错误。

对NULL指针的解引用

错误代码如下。

void test()
{
 int *p = (int *)malloc(4);
 *p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
 free(p);
}

正确做法是先判断p指针是否为空，解决方案如下。

• 可以用assert暴力断言。
• 也可以用if语句温柔判断。

对动态开辟空间的越界访问

错误代码
相当于数组越界了

void test()
{
 int i = 0;
 int *p = (int *)malloc(10*sizeof(int));
 if(NULL == p)
 {
	 exit(EXIT_FAILURE);
 }
 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

错误代码

void test()
{
 int a = 10;
 int *p = &a;
 free(p);//ok?
}

原则：我们一定要坚守底线——谁开辟的空间谁来释放
谁犯的错谁来承担责任
解析：

• 因为a是局部变量，在栈区上，出了作用域后会自动释放。所以不需要free。

只free了动态开辟内存的一部分

错误代码

void test()
{
 int *p = (int *)malloc(100);
 p++;
 free(p);//p不再指向动态内存的起始位置
}

注意：

• 一定要注意free的时候从首元素的地址处释放。
• 一定要从头释放。
• 链表中经常遇到此错误。

动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

错误代码

void test()
{
 int *p = (int *)malloc(100);
 if(NULL != p)
 {
	 *p = 20;
 }
}
int main()
{
 test();
 while(1);
}

注意：

• 典型的忘记free的错误。也是最可怕的。

小结

• 动态开辟的空间一定要释放（free），并且正确释放
• 切记一定要free喔。

写到最后

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