C语言进阶——动态内存管理

目录

一.   为什么存在动态内存分配

二.   动态内存函数

1.malloc

2.free

3.calloc

4.realloc 

三.   常见的动态内存错误

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一.   为什么存在动态内存分配

在此之前，我们为数组开配空间都是这样的

int nums[10]={0};

但这样会有很大的局限性

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内存开辟了

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二.   动态内存函数

1.malloc

说白了，就是在堆区开辟一块大小为size字节的连续的空间 ，然后以指针形式返回这块空间的地址

而具体在使用时，例如开辟一个大小为5的整形数组，往往遵循以下的形式

int* nums=(int*)malloc(5*sizeof(int));

可以看到，由于malloc函数返回的是void*指针类型，所以我们需要进行强制类型转换，而后面的size，我们采用的是开辟数组大小*类型大小，这样也更容易理解

而当开辟失败时（可能是开辟空间过大，堆区没有这么大的空间了），则返回NULL指针，因此，在使用malloc开辟空间后，在使用这个数组之前，我们需要先进行检查

int* nums=(int*)malloc(5*sizeof(int));
if(nums==NULL)
{
    printf("malloc fail\n");
    exit(-1);
}

而还有一点就是，若是size的大小为0，这种情况是未定义的，如何处理取决于编译器，因此我们要避免这种情况发生。

而若是想要使用这块空间，就像数组的数组名一样使用

int main()
{
	int* nums = (int*)malloc(5 * sizeof(int));
    if(nums==NULL)
    {
        printf("malloc fail\n");
        exit(-1);
    }
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
		nums[i] = i + 1;
		*(nums + i) = i + 1;
	}
	return 0;
}

这两种方法都是可以的。

同样，我们可以开辟一个指针数组，进而可以模拟一个二维数组

int main()
{
	int** nums = (int**)malloc(5 * sizeof(int*));
	if (nums == NULL)
	{
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
		nums[i] = (int*)malloc(5 * sizeof(int));
		if (nums[i] == NULL)
		{
			printf("malloc fail\n");
			exit(-1);
		}
	}
	return 0;
}

当然，这只是模拟的二维数组，每个一维数组在内存中都不是连续的，而真正的二维数组是连续的，但两者在使用上并没有太多差异

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2.free

都已经开辟了，在不使用的情况下如果不把他释放就会一直占用堆区的空间，导致内存泄漏，而动态开辟的空间又不会随着域的结束而结束，这时我们便需要一个函数来主动释放

就是把动态开辟返回的指针作为参数，就能实现释放了

有两点需要注意： 

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

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3.calloc

说简单点，与malloc只是有写法上的不同，是将大小和类型大小分开传参

还有一点不同的是，会将所有元素初始化为0，其他特性与malloc类似

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4.realloc 

说简单点，就是将开辟的空间扩增或者缩小

缩小没啥好说的，原地缩就行了，而扩增时，若是原本空间后面没有足够的空间，便会另找一块足够大的空间来存储。而若是没有这块空间，也一样会返回NULL，因此，我们不能拿原数组直接来接受返回值，而是定义一个新的指针来接受，并将其赋给原数组，若是NULL就不赋给原数组，因此也不会对原数组产生影响

而在赋给原数组后，若是重新开辟的空间（而不是在原数组的基础上扩容），那么原数组原本所在的位置会被自动销毁。

int main()
{
	int* nums = (int*)calloc(5 , sizeof(int));
	int* p = (int*)realloc(nums, 100 * sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		printf("realloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	nums = p;
	return 0;
}

大概就是这样

而我们也可以在调试时监视一下

 

   可以看到，这就是重新开辟空间的情况

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三.   常见的动态内存错误

对NULL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

使用free释放一块动态开辟内存的一部分

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）
 

上述错误我们在上面或多或少的都提到了，这就就不展开讲了（懒）