c语言详解动态内存分配及常见错误的解决

为什么会有动态内存分配

内存使用方式有两种

1.创建一个变量

2.创建一个数组

int a = 1;
int arr[10];

但是这两种方式都有一些特点

1.空间是固定大小的,不会变

2.必须提前知道要开辟多少空间,必须指定数组的长度。

但是实际上,对于空间的需求,有些时候,我们并不知道要分配多少内存空间,有时候需要在程序运行时才知道,比如用一个数组存放班级学生的年龄,我们不知道有多少个学生,不知道需要多大的空间,而且编译器又不支持变长的数组,应该是常量表达式。这时候,用数组分配固定的空间就不适合了。

为了更好地分配内存空间,这时候就需要我们的动态内存分配了。

说到内存,我们知道内存分为3个区域,栈区,堆区,静态区。

栈区——局部变量,函数形参

堆区——动态内存分配

静态区——全局变量,静态变量(如static int a = 10)

c语言详解动态内存分配及常见错误的解决_第1张图片

动态内存函数的介绍

malloc

void *malloc( size_t size );

函数向堆区开辟一块连续的空间,返回空间的起始地址。

  • 开辟成功,返回一个开辟好的空间的指针
  • 开辟失败,返回NULL指针,所以要检查是否开辟成功
  • 返回的类型是void*,所以malloc并不知道开辟的类型,自己决定
  • 如果size为0,malloc的行为是标准未定义的,取决于编译器
  • 记得引用头文件#include
#include 
#include 
#include 
#include 
int main()
{
    int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    if (p == NULL)
    {
        //打印错误原因的一个方式
        printf("%s\n", strerror(errno));
    }
    else
    {
        //正常使用
        int i = 0;
        for (i = 0; i < 10; i++)
        {
            *(p + i) = i;
        }
        for (i = 0; i < 10; i++)
        {
            printf("%d ", *(p+i));
        }
    }
    //释放
    free(p);
    p = NULL;
    return 0;
}

 free

void free( void *memblock );

c语言提供一个函数free,专门用来动态内存的回收和释放的 

头文件是#include

注意几点:

用于动态开辟的内存,如果不是的话,那free函数行为是未定义的

如果指针是NULL指针,则函数什么事都不做

被free后的指针最好手动置为NULL,避免野指针,造成错误

free(p);
p=NULL;

calloc

void *calloc( size_t num, size_t size );

calloc也是用来动态开辟空间。头文件也为#include

与malloc的区别:

参数不同

与malloc的区别只在于calloc会返回地址之前把申请的空间的每个字节初始化为0。

#include 
#include 
#include 
#include 
int main()
{
    //malloc(10*sizeof(int));
    int*p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
    if (p == NULL)
    {
        printf("%s\n", strerror(errno));
    }
    else
    {
        int i = 0;
        for (i = 0; i < 10; i++)
        {
            printf("%d ", *(p + i));
        }
    }
    free(p);
    p = NULL;
    return 0;
}

 调试一下,可以看到内存都初始化为0了

c语言详解动态内存分配及常见错误的解决_第2张图片

根据实际情况,如果需要初始化的话那就使用calloc

realloc

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

头文件也是引用#include

ptr是要调整的内存地址

size调整之后新大小,而不是增加的大小

返回值为调整之后的内存起始位置

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活

有时候我们发现申请的空间太小,有时候又会觉得申请过大了,为了合理的分配内存,我们可以对内存的大小做灵活的调整,realloc可以做到对动态内存大小的调整

注意事项

realloc在调整内存存在两种情况

情况1:原有空间之后有足够大的空间

  • 如果p指向的空间之后有足够的内存可以追加,则直接追加,后返回p

情况2:原有空间之后没有足够的空间

  • 如果p指向的空间之后没有足够的内存空间可以追加,则realloc函数会重新找一个新的内存区域开辟一块满足需求的空间,并且把原来内存中的数据拷贝回来,释放旧的内存空间,最后返回新开辟的内存空间地址
  • 得用一个新的变量来接收realloc的返回值

c语言详解动态内存分配及常见错误的解决_第3张图片

#include 
#include 
#include 
#include 
int main()
{
    int* p = (int*)malloc(20);
    if (p == NULL)
    {
        printf("%s\n", strerror(errno));
    }
    else
    {
        int i = 0;
        for (i = 0; i < 5; i++)
        {
            *(p + i) = i;
        }
    }
    //在使用malloc开辟的20个空间
    //假设这里20个字节不能满足我们的使用
    //希望我们能有40个字节的空间
    //这里就可以使用realloc来调整动态开辟的内存
    int* ptr = realloc(p, 40);
    if (ptr != NULL)
    {
        p = ptr; 
        int i = 0;
        for (i = 5; i < 10; i++)
        {
            *(p + i) = i;
        }
        for (i = 0; i < 10; i++)
        {
            printf("%d ", *(p+ i));
        }
    }
    free(p);
    p = NULL;
    return 0;
}

常见的错误

对NULL指针的解引用操作

int main()
{
    int* p = (int*)malloc(INT_MAX/4);
    *p = 20;//如果p是空指针,就会有问题;
    free(p);
    return 0;
}

越界访问

int* p = (int*)malloc(40);
    if (p == NULL)
    {
        return 0;
    }
    int i = 0;
    //越界
    for (i = 0; i <= 10; i++)
    {
        *(p + i) = i;
    }
    free(p);
    p = NULL;

应该是i<10

对非动态内存进行free

 int a = 10;
    int* p = &a;
    free(p);
    p = NULL;

使用free释放动态开辟内存的一部分

int* p = (int*)malloc(40);
    if (p == NULL)
    {
        return 0;
    }
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        *p++ = i;
    }
    free(p);
    return 0;

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 p不在指向动态内存开辟的起始位置,我们应该重新定义一个指针来记住起始地址

对同一块动态内存多次释放

int* p = (int*)malloc(40);
    if (p == NULL)
    {
        return 0;
    }
    free(p);
    free(p);

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对动态内存内存忘记释放(内存泄漏)

忘记释放动态开辟的内存,就会造成内存泄漏

 while (1)
    {
        malloc(1);
        Sleep(1000);
    }

申请内存而不还,计算机的内存是有限的,内存将会被耗干

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