C语言进阶复习(四)--动态内存管理(c重点)

文章目录

  • 为什么存在动态内存分配
  • 动态内存函数的介绍
    • malloc
    • free
    • calloc
    • relloc
    • 常见的动态内存错误示范
    • C/C++程序的内存区域划分

为什么存在动态内存分配

我们已经掌握一般静态内存开辟方式:
只要是变量 都会给开辟空间,说白了,变量其实就是地址的名字

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

但是这样开辟的空间要求我们事先知道要用的空间大小

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。 这时候就只能使用动态内存开辟了。

动态内存函数的介绍

malloc

C语言提供的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。
1.如果开辟成功,则返回一个指向开辟好空间的指针。
2.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。
3.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。
4.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。

free

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(与malloc等开辟内存的函数成双成对),函数原型如下:

void free (void* ptr);

free函数用来释放动态开辟的内存。
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

int main()
{
	int* ptr = NULL;//定义一个int * 类型的指针变量
	ptr = (int*)malloc(num*sizeof(int));//自己决定要使用类型,
	if(NULL != ptr)//判断ptr指针是否为空
	{
		int i = 0;
		for(i=0; i<num; i++)
		{
			*(ptr+i) = i;
		}
	}
	free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存
	ptr = NULL;//不置空的话,只是释放了内存,指向并没有改变,但是原来指向的内存情况不能确定了(可能被操作系统分配给其他的指针)
	return 0;
}

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。

void* calloc (size_t num, size_t size);

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。
所以如何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。

int main()
{
	int *p = calloc(10, sizeof(int)); //开四十个字节 存十个int型数据 并初始化为0
	if(NULL != p)
	{
		//使用这个空间
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0
}	

relloc

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。

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

由于事情的突然变化,有时会我们发现过去申请的空间太小了,可能不够用,有时候我们又会觉得申请的空间过大了浪费了很多,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。
1.ptr 是要调整的内存地址
2.size 调整之后新大小
3.返回值为调整之后的内存起始位置。
4.这个函数调整原内存空间大小的基础上,可能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来扩展
C语言进阶复习(四)--动态内存管理(c重点)_第1张图片
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 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。

常见的动态内存错误示范

对NULL指针的解引用操作

void test()
{
	int *p = (int *)malloc(100000000000000000000000^10);//要是申请不成功
	*p = 20;//如果p的值是NULL,就会有问题
	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));//只开了10个
	if(NULL != p)
	{
		for(i=0; i<=10; i++)
		{
			*(p+i) = i;//只开了是个数的空间 当i是10的时候就有了11个数据了,就是越界访问
		}
	}
	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);//程序错误
}

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 无法释放,程序错误
}

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
}

动态开辟内存忘记释放(内存泄漏)

void test()
{
	int *p = (int *)malloc(100);
	if(p!=NULL)
	{
		*p = 20;
	}
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

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 。

C/C++程序的内存区域划分

图片来源于百度
C语言进阶复习(四)--动态内存管理(c重点)_第2张图片C语言进阶复习(四)--动态内存管理(c重点)_第3张图片
c/c++中内存分配的几个区域

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 代码段:存放函数体(类成员函数和全局函数)的二进制代码。

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