【C语言】动态内存管理详解

目录

为什么存在内存分配？

动态内存函数

malloc

例

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

过早使用free释放掉一块后期还需使用的动态内存

 对同一块动态内存多次释放

动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

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为什么存在内存分配？

 

首先我认为，在之前的学习中，对开辟内存是非常局限的。只会对指定大小的数据进行开辟空间

int ret = 10;//在栈上开辟4个字节的空间

int arr[10] = {0};//在栈上开辟了40个字节空间

但是上述的开辟空间的方式有两个特点：

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。

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知道，那数组的编 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存开辟了。

动态内存函数

malloc

void* malloc(size_t size);

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。
3. 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。
4. 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

int main()
{
	int arr[10];//在栈区开展的空间
	//使用malloc 动态开辟空间在  堆区
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL)//使用空间时，先查看p是不是NULL，若果是就报错
	{
		perror("main");//查看报错信息
		return 0;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		p[i] = i;//p[i] == *(p + i)

	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
	free(p);//收回空间   ferr只能释放动态开辟的空间（堆上开辟的空间）
	p = NULL;//自己置成NULL
	return 0;
}

注意：这里一定要判断指针是否是空指针

free

void free(viod*ptr)

free函数用来释放和回收动态开辟的内存。

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。
2. 如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做。
3. malloc和free都声明在 stdlib.h 头文件中。

int main()
{
	int arr[10];//在栈区开展的空间
	//使用malloc 动态开辟空间在  堆区
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL)//使用空间时，先查看p是不是NULL，若果是就报错
	{
		perror("main");//查看报错信息
		return 0;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		p[i] = i;//p[i] == *(p + i)

	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
	free(p);//收回空间   ferr只能释放动态开辟的空间（堆上开辟的空间）
	p = NULL;//自己置成NULL
	return 0;
}

注意：

1. free 只能释放动态开辟的空间（对上开辟的空间），使用完之后一定要记得释放，不然会造成内存泄漏
2. ​​​​​​free之后一定要手动置成NULL

calloc

calloc也是用来进行动态内存分配的

void* calloc(size_t num,size_t size);

1. 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。
2. 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。

为了更好的观察我将  malloc和calloc进行对比

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));//malloc和calloc的区别在于calloc开辟空间时会初始化
	//int* p = calloc(10, sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror("main");
		return 1;
	}
	/*for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}*/
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d \n", p[i]);
	}
	
	free(p);

	return 0;
}

int main()
{
	//int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));//malloc和calloc的区别在于calloc开辟空间时会初始化
	int* p = calloc(10, sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror("main");
		return 1;
	}
	/*for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}*/
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d \n", p[i]);
	}
	
	free(p);

	return 0;
}

 

calloc函数的用法与malloc很像,但是calloc比malloc函数多了一个功能可以在开辟空间时候,给数组每个位置初始化为0 

realloc

• 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。

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。
• 这个函数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。 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

https://blog.csdn.net/weixin_48953972/article/details/119116340

这位博主对realloc函数有图文解释会更加形象，方便理解​​​​​​​

 

 

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10*sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		return 1;
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
		printf("%d ", p[i]);
	}
	printf("\n");
	//使用realloc来调整空间
	int* ptr = (int*)realloc(p, 20 * sizeof(int));
	if (ptr == NULL)//判断是否开辟成功
	{
		return 1;
	}
	else
	{
		 p = ptr;//开辟成功放入源地址
		for (int i = 10; i < 20; i++)
		{
			*(p + i) = i;
			printf("%d ", p[i]);
		}
	}
	free(p);//释放空间
	p = NULL;//置位NULL
	return 0;
}

 

 

一定要记得释放空间，手动置为空指针

 常见的动态内存错误

• 对空指针的解引用操作

   //动态内存常见的错误
//1.对NULL进行解引用操作
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(100000000000);
	//缺少了对malloc返回值做判断
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		 *(p + i) = i;
	}
	//没有free指针，没有将指针置为空指针
	return 0;
}

•  对动态开辟空间的越界访问

	//2.对动态开辟空间的越界访问
int main()
{

	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL) 
	{
		perror("main");
		return 1;
	}
	for (int i = 0;i <40 ;i++)//这里存在越界访问
	{
		*(p + i) = i;//当i=10时就越界访问了

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

• 对非动态开辟内存使用free释放

int main()
{
	int i = 10;
	int* p = &i;
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;

}

• 过早使用free释放掉一块后期还需使用的动态内存

void test()
{
 int *p = (int *)malloc(100);
 p++;
 free(p);//p不再指向动态内存的起始位置
}

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int)*20);
	if (p != NULL)
	{
		for (int i = 0; i < 10; i++)
			*p++ = i;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

有两个风险：1.找不到起始位置 2.容易造成内存泄漏

•  对同一块动态内存多次释放

void test()
{
 int *p = (int *)malloc(100);
 free(p);
 free(p);//重复释放
}

• 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

void test()
{
 int *p = (int *)malloc(100);
 if(NULL != p)
 {
 *p = 20;
 }
}
int main()
{
 test();
 while(1);
}

空间没有释放，自己用不了，别人也用不了，造成内存泄漏

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