C语言进阶--动态内存分配
目录
为什么存在动态内存分配
内存的存储
当前我们知道的内存使用方式：
动态内存函数的介绍
malloc
free
calloc
realloc
常见的动态内存错误
对空指针的解引用操作
对动态开辟空间的越界访问
对非动态开辟内存使用 free 释放
使用free释放一块动态开辟内存的一部分
对同一块动态内存多次释放
对动态开辟的内存忘记释放（内存泄漏）
经典笔试题
柔性数组
柔性数组的特点：
柔性数组的好处：
2021.8.28
为什么存在动态内存分配
内存的存储
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栈区
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局部变量
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函数的形式参数（形参）
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堆区
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动态内存分配
-
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静态区
-
全局变量
-
静态变量
-
当前我们知道的内存使用方式：
1.创建一个变量
int a = 10;// 局部变量 -- 栈区
int g_a = 10;// 全局变量 -- 静态区
2.创建一个数组
// 虽然C语言在c99标准中增加了创建变成数组的功能，但由于很多编译器还不支持，所以我们不能直接使用变量的形式来开辟空间的大小。
int arr[10] = { 0 };// 数组开辟大小时不能使用变量，所以会产生内存不够或者浪费的情况
但是上述的开辟空间的方式有两个特点：
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空间开辟的大小是固定的。
-
数组在声明的时候，必须指定数组长度，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指定，那数组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内存开辟了。
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：
代码如下（示例）：
void* malloc (size_t size);// 需引入#include 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。
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如果开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针。
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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。
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返回值的类型时 void* ，所以malloc函数并不知道开辟空间的类型，所以接收的指针要由使用者自己决定并需要强制转换
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如果参数 size为0，malloc的行为是标准的还是未定义的，取决于编译器
代码如下（示例）：
// 动态内存分配
int main()
{
// 向内存申请10个整形的空间
// 给一个INT_MAX就会显示没有足够的空间
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));// 需引入#include
if (p == NULL)
{
// 打印开辟内存错误的原因
printf("%s\n", strerror(errno));
}
else
{
// 正尝使用空间
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
*(p + i) = i;
printf("%d ", *(p + i));
}
}
// 为避免我们忘记释放空间，或释放错误的指针（非动态内存开辟出来的指针）
// 我们最好在创建动态内存完毕之后直接写我们的释放代码。
free(p);
p = NULL;
return 0;
} free
代码如下（示例）：
void free(void* ptr);// 当我们开辟的空间使用完毕后，应当主动释放掉
ptr = NULL;// 上一步中虽然我们释放了ptr的空间，但ptr这个指针还是存在的，避免指针错误，我们将ptr设置为空指针free函数用来释放动态开辟的内存。
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如果参数 ptr 指向的空间不是动态开辟的，那么free函数的行为是未定义的。
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如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做。
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：
代码如下（示例）：
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。
代码如下（示例）：
int main()
{
int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
if (p == NULL)
{
// 打印开辟内存错误的原因
printf("%s\n", strerror(errno));
}
else
{
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
*(p + i) = i;
printf("%d ", *(p + i));
}
}
// 当动态申请的空间不再使用的时候，就应该还给操作系统
free(p);
p = NULL;
return 0;
}realloc
-
realloc 函数的出现让动态内存管理更加灵活。
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有时我们会发现过去申请的空间太小了，有时我们又觉得申请的空间过大了，那么为了合理的使用内存，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。函数原型如下：
代码如下（示例）：
void* realloc(void* ptr, size_t size);-
ptr 是要调整的内存地址
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size 是调整之后的新大小
-
返回值为调整之后的内存起始位置。
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这个函数在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。
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realloc 在调整内存空间上是存在两种情况的：
-
原有空间之后有足够大的空间：可直接追加，后返回原来的地址
-
原有空间之后没有足够大的空间：再重新开辟一块足够大的空间，拷贝原来的旧数据，释放掉旧的空间
-
代码如下（示例）：
int main()
{
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (p == NULL)
{
// 打印开辟内存错误的原因
printf("%s\n", strerror(errno));
}
else
{
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
*(p + i) = i;
printf("%d ", *(p + i));
}
}
// 假设这里空间不够用了，我们希望再增加20个字节的空间
// 这里就可以使用realloc来调整动态开辟内存的空间
// realloc使用的注意事项：
// 1. 如果p指向的空间之后有足够的内存空间可以追加，则直接追加，后返回P
// 2. 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，开辟一块足够的空间
// 并把原来内存中的数据拷贝过来，释放旧的内存空间，最后返回新开辟的内存空间地址
// 3. 需要用一个新的变量来接受 realloc的返回值
int* ptr = realloc(p, 20 * sizeof(int));
// int* p = realloc(NULL, 40); == malloc(40);
if (ptr != NULL) {
p = ptr;
for (int i = 10; i < 20; i++)
{
*(p + i) = i;
printf("%d ", *(p + i));
}
}
// 当动态申请的空间不再使用的时候，就应该还给操作系统
free(p);
p = NULL;
return 0;
}常见的动态内存错误
对空指针的解引用操作
代码如下（示例）：
int main()
{
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));// 需引入#include
*p = 20;// 不经判断就是用
} 对动态开辟空间的越界访问
代码如下（示例）：
int main()
{
int* p = (int*)calloc(5, sizeof(int));
if (p == NULL)
{
// 打印开辟内存错误的原因
printf("%s\n", strerror(errno));
}
else
{
for (int i = 0; i < 10; i++)// 越界
{
*(p + i) = i;
printf("%d ", *(p + i));
}
}
// 当动态申请的空间不再使用的时候，就应该还给操作系统
free(p);
p = NULL;
return 0;
}对非动态开辟内存使用 free 释放
使用free释放一块动态开辟内存的一部分
代码如下（示例）：
int main()
{
int* p = (int*)calloc(5, sizeof(int));
p++;
free(p);
p = NULL;
}对同一块动态内存多次释放
对动态开辟的内存忘记释放（内存泄漏）
经典笔试题
https://www.bilibili.com/video/BV1oi4y1g7CF?p=68&spm_id_from=pageDriver
柔性数组
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 。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
代码如下（示例）：
struct S
{
int n;
int arr[];//未知大小--柔性数组成员--数组的大小是可以调整的， 或者使用 int arr[0] 都是可以的
};
int main()
{
// struct S s;
// printf("%d ",sizeof(s));// 4 -- 在计算结构体大小的时候，不包含柔性数组
return 0;
}
方法一：使用柔性数组，使的数组的空间可变
代码如下（示例）：
int main()
{
// 空间开辟在了一起
struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 5*sizeof(int));// 这时候的arr大小是 5
if (ps == NULL) {
return -1;
}
ps->n = 100;
printf("%d ", ps->n);
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
ps->arr[i] = i;
printf("%d ", ps->arr[i]);// 0 1 2 3 4
}
struct S* ptr = realloc(ps,44);// 现在arr的大小是 10
if (ptr != NULL) {
ps = ptr;// ptr不需要释放
}
for (int i = 5; i < 10; i++)
{
ps->arr[i] = i;
printf("%d ", ps->arr[i]);// 0 1 2 3 4
}
free(ps);// 千万不要忘记释放
ps = NULL;
return 0;
}方法二：使用指针再加二次动态内存开辟使得数组的大小可变
代码如下（示例）：
struct S
{
int n;
int* arr;
};
int main()
{
struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S));// 先把 n和arr创建出来，共8个字节
if (ps == NULL) {
return -1;
}
// 再创建arr，分开创建空间，但两次使用 malloc更容易出错。
// 并且两次开辟的数据存放的空间可能是不连续的，因为空间不是连续的，所以访问效率更低
ps->arr = (int*)malloc(5 * sizeof(int));// 释放的时候先释放ps->arr
if (ps->arr != NULL) {
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
ps->arr[i] = i;
printf("%d ", ps->arr[i]);
}
}
free(ps->arr);
ps->arr = NULL;
free(ps);
ps = NULL;
return 0;
}柔性数组的特点：
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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使用 malloc()函数进行内存的动态分配时，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。
柔性数组的好处：
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方便内存释放
-
有利于访问速度，也益于减少内存碎片
完