C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组

 前言：Hello! 我是@每天都要敲代码！今天带大家学习一下动态内存存储：malloc、free、calloc、realloc；这第一课内容很重要，特别是在数据结构中应用很广泛；我们一定要掌握！今天就让我们一步一个脚印，一块学习吧！

在这之前我们先补充一个知识点：

（1）栈区：局部变量，函数形参===》临时使用，不要开辟多大的空间！
（2）堆区：动态内存开辟(malloc free realloc calloc)！
（3）静态区（数据段）：全局变量，静态变量！

动态内存存储：malloc、free、realloc、calloc引用的头文件都是

目录

1. malloc

❤️例：malloc使用

⭐️静态开辟空间的方式

⭐️动态开辟空间的方式

2. free

❤️例：free使用

3. calloc

❤️calloc和malloc函数的对比：

⭐️不同点1：参数个数不同

⭐️不同点2：有无初始化

4. realloc

❤️例：realloc使用

⭐️第一步先calloc动态开辟

⭐️第二步再realloc动态扩容

❤️例：realloc单独使用和malloc使用效果类似

5. 常见的动态内存错误

❤️5.1 对(空指针)NULL指针的解引用操作

❤️5.2 对动态开辟空间的越界访问

❤️5.3 使用free释放非动态开辟的空间

❤️5.4 使用free释放动态内存的一部分

❤️ 5.5 对同一块动态内存多次释放

❤️5.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

6. 几个经典的笔试题

❤️6.1  题目1：

⭐️修改方法1：

⭐️修改方法2：

❤️6.2  题目2：

❤️6.3  题目3：

❤️6.4  题目4：

❤️6.5  题目5：

❤️6.6  经典例题补充

7. C/C++程序的内存开辟

8. 柔型数组

8.1 柔性数组的特点

❤️例：

8.2 柔性数组的使用

❤️计算大小

❤️柔性数组的动态创建

❤️利用指针实现柔型数组的功能

9. 习题补充

❤️9.1 习题1

❤️9.2 习题2

❤️9.3 习题3

---

1. malloc

❤️void* malloc (size_t size)；默认返回的是void*类型！

⭐️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。
⭐️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。

❤️例：malloc使用

⭐️静态开辟空间的方式

（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。

静态开辟的空间是在栈区上开辟的！ 出了这个函数就会被销毁！

⭐️动态开辟空间的方式

 对于动态开辟的空间，我们要注意以下几点：

（1）开辟空间是以字节为单位的，比如我们要开辟10个整形的大小，实际上就是开辟40个字节；

（2）malloc默认的返回值是void*指针；所以我们在使用时，根据类型来进行强制类型转化；比如这里就强制类型转化为整型指针int*；

（3）创建好以后，一定要进行判空处理；开辟成功就会返回一个指针；开辟失败就会返回一个空指针NULL，此时就需要退出程序；

（4）动态开辟成功后，我们就可以使用了！使用完以后要进行free释放；并手动置位空指针NULL；不然会造成内存泄漏。

动态开辟的空间是在堆区上开辟的；需要我们手动释放！

2. free

❤️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；简而言之就是：free只能释放动态创建的地址！
     （2）如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做。

❤️例：free使用

正确的使用方法就是释放动态开辟的空间；例如：

 我们动态创建一个空间用指针p来接收；进行：判空、使用过后；就需要释放销毁，主要语法就是：free(p)；p = NULL

总结：malloc是开辟空间，free是开辟空间；所以malloc和free一般是成对存在！

3. calloc

❤️void *calloc( size_t num, size_t size )

⭐️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。

❤️calloc和malloc函数的对比：

⭐️不同点1：参数个数不同

（1）对于malloc开辟空间，我们的参数是一个：void* malloc (size_t size)；比如开辟10个整型的大小：int* p = (int*)malloc( 10 * sizeof(int) )；只有一个参数就是：10 * sizeof(int)！

（2）对于calloc开辟空间，我们的参数是一个：void *calloc( size_t num, size_t size )；比如开辟10个整型的大小：int* p = (int*)calloc( 10 , sizeof(int) )；有两个参数就是：10 和 sizeof(int)！

⭐️不同点2：有无初始化

用malloc开辟的空间，默认是随机值！用calloc开辟的而空间，默认是初始为0！

（1）对于malloc

（2）对于calloc 

4. realloc

当我们用malloc或者calloc动态开辟空间后；怎样继续进行扩容呢？这就需要realloc！

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

⭐️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。
⭐️realloc在调整内存空间的是存在两种情况：
     （1）后面的空间足够，返回旧的地址。

     （2）后面的空间不够：1. 重新造内存创建一个新的内存空间；

                                           2. 把原来的内容拷贝下来；
                                           3. 把原来的空间释放掉； 

                                           4. 把新空间的地址返回去；
   （3）最终的返回地址，不能用原来的指针进行接收；如果realloc有可能找不到合适的空间，调整大小；这是会返回NULL！

❤️例：realloc使用

⭐️第一步先calloc动态开辟

我们先使用calloc进行第一次的动态开辟空间；经过判空处理、使用；发现空间不够想要继续开辟新的空间；此时就需要realloc函数！

⭐️第二步再realloc动态扩容

（1）void* realloc (void* ptr, size_t size)；第一个参数是旧地址，size是要再次开辟的空间大小，返回值同样是void*指针，需要我们强制类型转换！

（2）最重要的是，我们创建一个新的指针ptr去接收，不能用以前的旧指针p；因为有可能开辟失败，返回一个空指针，如果用旧的指针p接收就会使得p可能被置位空NULL！

（3）对新指针ptr进行判空处理，成功开辟，就把新的指针ptr在赋值给旧指针p；最终使用完在释放p：free(p)，p = NULL就可以了！

❤️例：realloc单独使用和malloc使用效果类似

如果我们直接使用realloc函数，那么才开始起始地址为NULL；后面40就是开辟空间的大小！效果不就和malloc直接开辟40个字节的大小一样？所以这里的功能就类似于malloc，就是在堆区开辟40个字节！

5. 常见的动态内存错误

❤️5.1 对(空指针)NULL指针的解引用操作

我们开辟一个很大的空间是有可能开辟失败的！在开辟后并没有进行判空处理，直接使用，这就有可能因为开辟空间失败(返回空指针NULL)造成对空指针的解应用操作！ 

❤️5.2 对动态开辟空间的越界访问

我们动态开辟空间是以字节为单位的，开辟的是40个字节，实际上就是10个整型；使用时用40个字节就会造成越界访问异常！ 

❤️5.3 使用free释放非动态开辟的空间

我们静态创建的数组，实际上就是在栈区上创建的；不需要free来释放，栈区间里的变量除了这个函数就会被销毁！只有malloc等动态创建，在堆区间上创建的，才需要free！

❤️5.4 使用free释放动态内存的一部分

释放内存的一部分，什么意思呢？我们发现*p++说明指针一直往后走的 ；p指向的就不是起始地址，此时释放p就是释放p的一部分，并没有把p的地址完全释放掉！

❤️ 5.5 对同一块动态内存多次释放

这个问题一般会出现在写项目里，我们已经在函数里释放过了，结果出了函数又释放一次；这就造成了多次释放，也会使编译器出现问题！但是如果我们释放过后，立马进行置空处理(p = NULL)再二次释放就不会有问题！

❤️5.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

这种错误就很严重了！我们总是申请不释放：就会造成内存泄漏，导致死机卡顿 ；比如一个常见的现象：我们的服务器一般是不关机的，一直在跑；如果我们在跑的东西一直在申请空间确没有释放，过段时间就会使服务器宕机；然后重启后就会好了！

补充：动态开辟的空间，2种回收方式：(1)主动free        （2）程序结束

6. 几个经典的笔试题

❤️6.1  题目1：

问题1： 

str传给GetMemory函数的时候是值传递，所以GetMemory函数的形参p是str的一份临时拷贝，在GetMemory函数内部动态申请空间的地址，存放在p中，不会影响外边str，所以当GetMemory函数返回之后，str依然是NULL。所以strcpy拷贝会失败。

问题2： 

没有free释放，当GetMemory函数返回之后，形参p销毁，使得动态开辟的100个字节存在内存泄漏。

⭐️修改方法1：

我们就改成传址调用，利用二级指针接收！这样对形参的改变就会影响实参，此时把动态申请的空间交给指针p，其实就是给str！最后用完还要进行释放！

⭐️修改方法2：

不用传址调用怎么办呢？这就需要利用return指针返回来，这时我们还是用一级指针接收！因为是动态开辟的空间实际上是在堆区上开辟的，需要手动才销毁；我们把这个地址利用return带回来，然后在利用一个指针就接收就可以了！

比如：这种方法就可以应用在带头循环双链表中给头结点开辟空间，就可以利用return返回值的方式，避免使用二级指针！

❤️6.2  题目2：

问题： 

同样是利用return返回值的方式，这里为什么就不行了呢？GetMemory函数内部创建的数组是在栈区上创建的，出了函数，p数组的空间就还给了操作系统，返回的地址是没有实际意义的，如果通过返回的地址，去访问内存就是非法访问内存！

❤️6.3  题目3：

 问题：

看着好像是没什么问题，是传址调用，二级指针接收；主要就是，没有释放空间！free(str)，str = NULL！

❤️6.4  题目4：

问题：

str已经释放了，下面就不能在访问，在访问就属于非法访问内存；为了避免这种错误发生：free过后一定要手动置空 str=NULL

❤️6.5  题目5：

问题： 

（1）x是局部变量，在栈区上创建，出了这个范围，就把内存释放了，return(&x)没有实际意义！
（2）指针ptr才开始没有初始化，是野指针，里面放的随机值！

❤️6.6  经典例题补充

解析： 

（1）对于#define定义符号，相当于替换，所以是int*a，b===>*说明a是指针，类型是整型；对于b只能说明是整型！所以如果我们要是一下子定义两个指针int*a,*b要写成这种形式。
（2）typedef是类型重定义，代表着一种类型；把int*起个别名叫int_ptr；所以c,d都是指针类型

7. C/C++程序的内存开辟

C/C++程序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。
补充：static关键字修饰局部变量的例子解释
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1

8. 柔型数组

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。

8.1 柔性数组的特点

（1）结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。

（2）sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。
（3）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。

（4）柔型数组开辟的空间都是在堆上开辟的！

❤️例：

8.2 柔性数组的使用

❤️计算大小

❤️柔性数组的动态创建

 （1）对于柔型数组的动态开辟空间，是用结构体指针(struct S* ps)进行接收；对于大小主要包括两部分：

        一是n的大小创建，我们就用sizeof(struct S)，这算的就是除柔性数组以外的大小；

        二是柔型数组的动态开辟；其实就是开辟10个整型，我们就用10*sizeof(int)；

（2）成功开辟后就使用，通过指针ps来查看内存发现已经被赋值；

（3）用完了，我们就用realloc进行扩容，这也就体现了柔性数组的特点，大小是可变的；我们用一个新的指针ptr进行接收，扩容成功后；把新指针ptr赋值给旧指针ps；

（4）最后在进行ps指针的释放，free(ps)，ps = NULL ;

❤️利用指针实现柔型数组的功能

为了保证和柔性数组一样的性质，都是在堆上开辟的！我们所有的都需要用malloc开辟空间；柔型数组是一个malloc整体一块开辟的；用指针代替柔性数组，就要分开开辟：一个开辟除指针以外的大小的而空间；一个开辟指针所需大小的空间！

 （1）利用指针代替柔型数组；实际上就是从一步到两步的过程；柔性数组只需要一次malloc；而指针形式就需要两次malloc；两次malloc就需要两次free；

（2）第一次malloc是动态创建除指针以外所需的空间；第二次malloc是动态创建指针所需大小的空间；

（3）成功开辟后就使用，通过指针ps->arr来查看内存发现已经被赋值；

（4）用完了，我们就用realloc进行扩容，我们就只需要对指针部分进行扩容；我们用一个新的指针ptr进行接收，扩容成功后；把新指针ptr赋值给旧指针ps->arr；

（5）最后在进行ps->arr指针和ps指针的释放，free(ps->arr)，ps->arr = NULL ；free(ps)，ps = NULL

9. 习题补充

❤️9.1 习题1

看着图形很简单，就打印两个对角线的位置；但是也要从中找到不变的量：一个对角线是i == j这个很容易看出来，另一条对角线呢？其实就是 i+j = n-1！

❤️9.2 习题2

首先我们要理清楚规律：1、3、5、7、8、10、12 是31天；4、6、9、11是30天；如果是平年2月份是28天，如果是闰年二月份是29天！31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31！

我们发现对于月份好像也没什么规律，都是有奇数也有偶数；数据也不多，不妨就写成数组的形式！

❤️9.3 习题3

我们在插入的时候，就面临一个问题：从前往后插还是从后往前插？如果从前往后插我们移动数据时就会造成数据的覆盖；所以我们就从后往前插入！