C-动态内存管理malloc，calloc，relloc，free面试题内存图(图解)

目录

一.为什么存在动态内存管理

 二.动态内存管理函数

内存图:

2.1 malloc和free

2.2 calloc

2.3 realloc

三.常见的动态内存错误

3.1 对NULL指针的解引用操作

3.2 对动态开辟空间的越界访问

 3.3 对非动态开辟内存使用free释放

3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

 3.5对同一块动态内存多次释放

 3.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

四.经典面试题

4.1 什么样的运行结果

4.2 什么样的运行结果

4.3 什么样的运行结果

 4.4 什么样的运行结果

一.为什么存在动态内存管理

已经掌握的内存开辟:

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。

 二.动态内存管理函数

以下函数都需要引头文件:

#include

以下函数开辟的空间都在堆区:

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

内存图:

向free，calloc，malloc，realloc是函数本身，本身是不属于那一个区域的，指的是向那一个空间进行操作

建议大家看完后重新来回顾以下这张图！！！

2.1 malloc和free

 C语言提供的动态内存开辟函数:

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。
• size 的单位是字节 

注意:

值得注意的是，malloc开辟的空间是随机数，如果对随机数+= /-= / *=/ ^= / ++ / -- /等 进行赋值运算，是对随机数进行运算，如果想直接改变值一定使用 = 

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

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。 

为什么这个两个函数要一起讲:

动态内存空间开辟之后不会自动释放，只有在程序结束时可能会释放，但是绝对不能因为最后会释放就不管了，这样很有可能就会溢出内存，因此不在使用某个动态内存空间后需要使用free释放空间。

 正确的函数使用举例:

#include 
#include
int main()
{
	//创建10个int类型连续存储的空间(动态内存)

	//返回类型是void*需要强转
	int* p = (int*)malloc(10* sizeof(int));
	
	//判断是否开辟空间成功
	if (NULL == p)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	
	//业务编写
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
		printf("%d ", *(p + i));
		//也可以是
		//p[i]
	}

	//释放
	free(p);
    //在释放空间后,p任然记得地址
	p = NULL;

	return 0;
}

运行结果:

上述代码重点:

• 在开辟空间后，一定要判断是否为NULL(没有开辟成功),如果没有成功进行使用就是野指针:
• 使用完后，记得释放，并且把指针置为NULL，因为指针内存被释放了，但任然记得地址，使用的话就是野指针

2.2 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。原型如下：

• 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。  

 举例:

所以如何我们对申请的内存空间的内容要求初始化，那么可以很方便的使用calloc函数来完成任务。

2.3 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。

函数原型: 

• 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。
• 增加空间的总大小是包括了源有空间大小
• 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

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直接追加空间，原来空间的数据不发生变化。

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：在堆空间上另找一个合适大小的连续空间来使用，把源空间的值拷贝在新空间中，再增加新的空间，realloc函数会自动释放掉源有空间。这样函数返回的是一个新的内存地址。 由于上述的两种情况，realloc函数的使用就要注意一些。

正确使用:

#include 
#include
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL)
		return 1;
	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
		printf("%d ", *(p + i));
	}

	//增加空间
	int* ptr = (int*)realloc(p, 20 * sizeof(int));
	//当realloc开辟失败的时候，返回的是NULL
	if (ptr != NULL)
	{
		p = ptr;//注意realloc也有可能开辟空间失败

		ptr = NULL;//如果不用ptr置为空
	}
	
	printf("\n");
	for (i = 10; i < 20; i++)
	{
		*(p + i) = i;
		printf("%d ", *(p + i));
	}
	
	//释放
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

三.常见的动态内存错误

3.1 对NULL指针的解引用操作

 如果malloc开辟失败就有问题

3.2 对动态开辟空间的越界访问

 3.3 对非动态开辟内存使用free释放

 这都不是动态内存，变量是在栈区的，动态内存是在堆区的

3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

 3.5对同一块动态内存多次释放

 3.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄漏。

切记： 动态开辟的空间一定要释放，并且正确释放 。

四.经典面试题

在头文件正确的情况下，看看下面的代码有没有问题

4.1 什么样的运行结果

 题解:

更改正确:

4.2 什么样的运行结果

题解:

4.3 什么样的运行结果

题解:

 正确改正:

 4.4 什么样的运行结果

 

 题解:

上面的内存图记得再看看哟 ！

 作者呼吁大家一起深刻学习，为我国计算机行业出一份力！！！