【C语言-进阶】动态内存管理

动态内存管理：在内存中的堆区创建空间，供使用，想申请的空间可变大可变小，与传统的在栈区开辟空间不同，更具有灵活性，在特定场合是必须的。

malloc free

void* malloc (size_t size);

void free (void* ptr);

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。

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。

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。 

 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。

如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做。

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(5 * sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror("Malloc");
		return -1;
	}
	for (int i = 0; i < 5; i++)
		printf("%d ", *(p + i));
	printf("\n");
	for (int i = 0; i < 5; i++)
		p[i] = i;
	for (int i = 0; i < 5; i++)
		printf("%d ", *(p + i));
	printf("\n");
	int* pt = (int*)realloc(p, 10 * sizeof(int));
	if (pt != NULL)
		p = pt;
	for (int i = 5; i < 10; i++)
		p[i] = i;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
		printf("%d ", p[i]);

	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

 

 malloc开辟的空间最开始内容是随机值，如图所示，realloc扩展空间时，会保留原来的5个整型的内容。

free，只能用于指向动态内存空间的指针，free之后，指针所指向的内存使用权归还给操作系统，如果再用p访问这块空间即为非法行为，所以保险起见，将p置为空指针，则p无法再找到那块已经归还为操作系统的内存

calloc 

void* calloc (size_t num, size_t size); 

calloc和malloc的区别仅在于参数不同，还有calloc会把动态开辟的内存初始化为0。

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

realloc 

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

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。 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，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。

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：

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

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。

当是情况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。 

由于realloc的两种情况，在扩展内存时，不建议 p = realloc ( p , 1000);  因为如果扩展内存失败，则realloc返回一个NULL指针，这样p就不能指向原来的那块空间了，会造成内存泄漏。

所以建议

 几个经典动态内存开辟的笔试题

1

void GetMemory(char *p)
{
 p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
 char *str = NULL;
 GetMemory(str);
 strcpy(str, "hello world");
 printf(str);
}
int main()
{
    Test();
    return 0;
}

str传递是值传递，形参p接收的是NULL，p被赋值为动态开辟的100个字节的空间，GetMemory函数返回后str并不会被改变，仍然是NULL。这样strcpy的行为就是非法的，且printf行为也是非法的。还有就是动态开辟的内存p所指向的空间没有被释放。No free

2 

char *GetMemory(void)
{
 char p[] = "hello world";
 return p;
}
void Test(void)
{
 char *str = NULL;
 str = GetMemory();
 printf(str);
}

略了主函数），p是一个临时变量（临时数组），在GetMemory函数中创建，在函数结束后，p所指向的空间被释放，被回收，但是p指向的首元素的地址被传了回去，传回去之后，这个指针相当于一个野指针，printf（str），就是在进行非法访问。（返回栈空间地址的问题）

 3

void GetMemory(char **p, int num)
{
 *p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{
 char *str = NULL;
 GetMemory(&str, 100);
 strcpy(str, "hello");
 printf(str);
}

没有大问题，小问题：1.没有对str指针进行判断，判断它是否为空，2.函数最后没有对动态开辟的空间进行释放。

4 

void Test(void)
{
 char *str = (char *) malloc(100);
 strcpy(str, "hello");
 free(str);
 if(str != NULL)
 {
 strcpy(str, "world");
 printf(str);
 }
}

 free之后str指向的空间已经被归还给操作系统了，此时我们没有访问权限，但是str仍然指向那一块空间。这时候str就是一个野指针了，后面如果str不为空，再拷贝，打印就是非法访问了。

改正方法：在free(str)之后  str=NULL;即可，

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。 与只读常量

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。 

柔性数组 

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。

柔性数组的特点：

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。

#include
#include

typedef struct S
{
	char c1;  //1 8  1 
	char c2;  //1 8  1
	int arr[];
}S;
struct S3
{    // 10001111
	short n;
	char c;
	int arr[];
};
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
};
int main()
{
	S* s1 = malloc(sizeof(S) + 10 * sizeof(int));
	s1->c1 = 'a';
	s1->c2 = 'b';
	printf("%d\n", sizeof(S));
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
	printf("%d\n", sizeof(struct S3));

	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		s1->arr[i] = i;
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", s1->arr[i]);
	}
	realloc(s1, sizeof(S) + 15 * sizeof(int));

	free(s1);
	s1 = NULL;
	return 0;
}

如上S 占4字节，S2 占2字节， S3占4字节。

事实上，S3即使没有柔性数组成员，也是4字节的= =。

S占4字节，而S2占2字节 ，所以可以推测出如果结构体中由有柔性数组的话，则结构体大小为柔性数组所占起始空间之前的空间大小= =