动态内存管理(malloc,free,calloc,realloc,柔性数组）

本章重点

• 为什么存在动态内存管理
• 动态内存函数的介绍
  • malloc
  • free
  • calloc
  • realloc
• 常见的动态内存错误
• 几个经典的笔试题
• 柔性数组

为什么存在动态内存管理

我们已经掌握的内存开辟方式有：

int val = 20;//在栈空间上开辟四个字节

char arr[10] = {0};在栈空间上开辟十个字节的连续空间

但是上述开辟空间的方式有两个特点：

1. 空间开辟大小是固定的
2. 数组在声明的时候，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。这时候只能试试动态内存开辟了。

动态内存函数的介绍

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。

• 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

free

C语言提供了另外一个函数free,专门用来做动态内存的释放和回收的，函数原型如下：

void free (void* ptr);

free函数用来释放动态开辟的内存

• 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
• 如果参数ptr是NULL指针，则函数什么事都不做

使用场景：

#include 
int main()
{
	//代码1
	int num = 0;
	scanf("%d", &num);
	int arr[num] = { 0 };
	//代码2
	int* ptr = NULL;
	ptr = (int*)malloc(num * sizeof(int));
	if (NULL != ptr)//判断ptr指针是否为空
	{
		int i = 0;
		for (i = 0; i < num; i++)
		{
			*(ptr + i) = 0;
		}
	}
	free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存
	ptr = NULL;//是否有必要？
	return 0;
}

最后让ptr指向空指针是否有必要，这是必须得，因为如果不指向空的话，可能导致下次想要再次访问的时候重新访问到。

calloc

calloc函数也用来动态内存分配。原型如下：

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每个字节初始化为0

calloc = malloc + memset

realloc

• realloc 函数的出现让动态内存管理更加的灵活。
• 有时候我们会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，那为了合理的使用内存，我们一定会对内存的大小做出灵活的调整。那realloc函数就可以做到对动态开辟内存的大小做出调整

函数原型如下：

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

• ptr 是要调整的内存地址
• size是调整之后的大小
• 返回值为调整之后的内存的起始位置。
• 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当中
• realloc在调整内存空间是存在两种情况的：
  • 原有空间之后有足够大的空间
  • 原有空间之后没有足够大的空间

情况1

当是情况1的时候，要扩展内存就直接原有内存之后追加空间，原来的数据不会发生改变

情况2

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：在堆空间上另外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地址。

由于上述两种情况，realloc函数的使用就要注意一些。

#include 

int main() {
	int* ptr = (int*)malloc(100);
	if (ptr != NULL) {
		//业务处理
	}
	else {
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	//扩展容量
	ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//这样可以吗？如果申请失败了怎么办？

	int* p = NULL;
	p = realloc(ptr, 1000);
	if (p != NULL) {
		ptr = p;
	}
	free(ptr);
	return 0;
}