C语言-动态内存管理

C语言中的动态内存管理主要依靠四个动态内存函数实现。

四个函数：malloc，calloc，realloc，free。使用这四个函数均需要#inlude。

1.为什么存在动态内存管理方式呢？

若使用平常的创建数组，变量等方法申请空间，这些空间大小是固定的。若遇到需要增加/减少空间的实际需求时往往不能达到要求。所以衍生出更方便的，高效的(空间与时间使用率)动态内存管理方式。

2.内存中的区域

内存被划分为很多区域，每个区域的空间都存在不同的特性。

这里主要解析 栈区，堆区与静态区。

在栈区中，主要存放局部变量与函数的形式参数。

在堆区中，主要存放可供动态内存分配函数（malloc,calloc,realloc,free）作用的空间。

在静态区中，主要存放全局变量与静态变量。

函数：

malloc：void* malloc(size_t size)

size_t代表无符号整数。malloc在堆区中开辟一个size个字节的连续可用的空间，并返回这块空间的首地址，若堆区空间不足，则返回NULL。

注意：返回地址的类型为void*，若要使用这块地址应创建变量承接并强制类型转换。

若size为0，则malloc的行为未知，由编译器决定并解释。

举例：

int* p=(int*)malloc(10*sizeof(int));//开辟十个整型的空间并将首地址经强制类型转换后赋给p

if（p==NULL）

{

perror("malloc");//打印当前错误信息

return 1;//结束程序

}

之后p就可根据自身类型(int*)对这块空间进行访问。

而访问过后需要free(p); p=NULL;   free(动态开辟内存的首地址)就能将这块动态开辟的空间释放，释放过后p相当于野指针(指向的地址无意义)，所以需要赋NULL给p防止p可能对有用数据的空间造成改动。若不释放动态申请的内存空间，该内存会一直占据堆区中空间，导致内存泄漏。

calloc：void* calloc(size_t num,size_t size)

calloc在堆区中开辟num个size字节的连续可用的空间。与malloc不同，calloc会将开辟空间初始化为0(每个比特位的数据都为0).若开辟空间失败也返回NULL。

举例：int* p=(int*)calloc(10,sizeof(int));//开辟了十个整型的空间并初始化空间为0

realloc函数： void* realloc(void* p,size_t size)

从地址p开始向后开辟size个字节的连续可用的空间。

c-realloc在操作过程中是释放旧空间而且分配并返回新空间。

使用realloc时有两种情况：

1.若原先动态申请过空间的指针p之后有size个字节的空间，就直接在p之后开辟剩余的空间。

2.若原先动态申请过空间的指针p之后没有size个字节的空间，就在堆区中重新申请一个有size个字节的空间，然后返回这块空间的首地址。

申请空间失败失败则返回NULL。开辟的空间中内容也是未知的。

下面来看一下常见的动态内存管理错误：

1.对NULL进行解引用操作-操作失败

解决方法：对malloc的返回值进行一个排空操作，就是用if判断malloc返回值是否为NULL并进行对应处理

2.对动态开辟空间的越界访问

解决方法：自己检查代码

3.对非动态开辟空间进行free操作—此时free无任何作用并且报错

解决方法：检查代码

4.使用free释放了一部分动态开辟的内存(应该释放内存完全)

可能原因：一开始用来申请空间的指针值被改变，需检查代码

5.对同一内存多次释放

此时free无任何作用——或者可能会影响正常代码，需要检查。

6.动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

可能原因：使用如函数的局部变量申请空间之后该变量被删除，则此空间无法释放。

训练题目1：

void Fetmemory(char*p)

{

p=(char *)malloc(100);

}

void test(void)

{

char * str=NULL;

Getmemory(str);

strcpy(str,"helloworld");

printf(str);

}

结果：什么都不打印。

首先解释下printf(str);是什么意思：printf函数在运作时接收一个地址，然后从该地址开始往后打印字符，遇到'\n','\0'时停止打印（但转义的作用会表达出来）。所以printf(str)的写法是正确的，同样char s[]="asdfg"; printf(s); char* p="asd";printf(p)的写法都是对的。

一般的，printf会使用控制符来输出内容，接收到地址时运行机制有所差异。

不会打印hello world的原因：str为一个指针，里面存放的内容是NULL。在传参时，p并不是str，p只是str的一份临时拷贝，p的内容也是NULL，经过malloc之后p的内容变为一块空间的首地址，但str的内容还是NULL（也就是str之后并没有已申请的可以使用的内存），使得strcpy与printf无效。而p的内存并没有被释放，造成内存泄漏。

正确写法：

void getmemory(char** p)

{

*p=(char*)malloc(100);//此时*p代表指针str，str被赋予地址就可以进行操作了

}

void test(void)

{

char* str=NULL;

getmemory(&str);//将str的地址传过去，经过解引用可以准确对str赋值

strcpy(str,"helloworld");

printf(str);

free(str);

str=NULL;

}//当然test函数需要在main中使用。

题目2：

char* getmemory(void)

{

char p[]="helloworld";

return p;

}

void test(void)

{

char* str=NULL;

str=getmemory();

printf(str)；

}

结果：不打印hello world，打印出来随机值。

原因：虽然str接收到了函数返回的地址并指向那块空间，但这是在函数调用之后，在函数中创建的数组空间已经没有访问权限(已经被释放)(即使str指向那块空间的首地址)，所以强行使用的话会出现随机值，此时str是一个野指针(未初始化指向空间，或者指向空间无访问权限)

这种问题一般叫作返回栈空间地址的问题，栈空间上的地址一般不要轻易返回，该空间很容易被回收使用权限(栈空间容易被释放)。因为程序中有很多函数在运作，这块空间中的内容很容易被改为其他值。

 内存中各区域。

柔性数组：结构体中的最后一个元素(成员)允许是大小未知的数组。(数组创建时不指定空间大小或者指定空间大小为0)

struct s1

{

int num;

double d;

int arr[];

}

struct s2

{

int num;

double d;

int arr[0]

}

这两种柔性数组创建方式都成立。

柔性数组的特点：

1.结构体中柔性数组成员之前至少有一个成员

2.sizeof计算结构体大小时不计算(包括)柔性数组成员的大小

3.若要在main中使用结构体指针开辟空间时，除了要开辟sizeof(结构体类型)的空间，还需要开辟预计的柔性数组所占的空间。

举例：

struct s3* ps=(struct s3*)malloc(sizeof(struct s3)+40);//40为柔性数组预期大小

for(i=0;i<10;i++)

{

ps->arr[i]=i;//柔性数组的使用与普通数组使用无异。

}

注意：有另一种“柔性数组”的实现：将柔性数组替换为对应类型的指针，在main中申请了结构体的空间之后用该指针为“柔性数组”申请空间。但请注意：用柔性数组申请的空间是连续的，用指针申请的空间不一定是连续的。释放内存时用指针的方法也需要使用free释放两块空间。但这两种方法都可以实现我们想要的效果。

如：

struct s4* p=(struct s4)malloc(sizeof(struct s4));

p->arr=(int*)malloc(10*sizeof(int));//假设arr为int*类型

释放时：free(p->arr); free(p);//释放两个申请的空间

柔性数组优点：

1.便于释放内存

2.需要访问的空间若在内存中连续，则访问速度较快，因为所有程序都要提取到寄存器中再运行后取出，柔性数组提高访问速度。中间没有运用到的空间叫做内存碎片，使用柔性数组可减少内存碎片。