动态内存分配/管理

目录

1、为什么要有动态内存分配

2、动态内存函数介绍

1、malloc

2、free

3、calloc

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4、realloc

 3、动态内存常见的错误

4、动态内存开辟相关好题

5、c/c++程序内存开辟示意图

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int a,  int arr[10]  是固定地向内存申请连续的一块空间，但不能变长或变短随时调整。

在我们之前写的静态版通讯录中，我们创建了一个peopleinfo类型的数组date[100]用来存放100个人的个人信息，但是当我们的人员信息较小时，100个结构体显得有些浪费，而当我们所需存放的信息超过100时又不够用，随之我们就得修改这个数字，但是学了动态内存管理之后，我们可以动态地分配内存空间变大或变小，从而有效利用空间。

1、为什么要有动态内存分配

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10个字节的连续空间
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。
这时候就只能使用动态内存开辟了。

2、动态内存函数介绍

1、malloc

#include

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。
 

先在堆区上动态申请一定空间，使用后应该还给操作系统，如果不主动还，程序结束后会自动还，但是如果程序一直不结束，就一直“占着不用”，就会造成空间的浪费。

2、free

用来释放、归还申请的内存

int main()
{
	//申请40个字节，用来存放10个整型
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	//存放  1--10
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i + 1;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *(p+i));
	}
	//free释放申请的内存
	free(p);

	return 0;
}

 

 用malloc申请后，内存中为随机值，使用时可给它们赋值，当free后，又变为随机值。

 仔细观察，我们可以发现，虽然这块空间的值发生了变化，但是指针p指向的地址free前后没有变化。因此，当我们free还给操作系统后，p仍指向这块空间。此时*p就会导致非法访问，因此我们需要将p制为NULL，避免非法访问。

	free(p);
	p = NULL;

总结：malloc申请空间后不会初始化，使用前要判断是否成功申请（是否返回NULL），使用后要free还给操作系统，然后将用于接收这块内存空间的指针p置为NULL。

 申请失败时返回NULL，并打印错误原因（没有足够空间）。

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。

3、calloc

 

由上图我们可以知道，malloc不会初始化，calloc会将每个元素先初始化为0，可以按需用。由于calloc需要初始化，效率比malloc稍低，此外没有其它区别，都需要进行相关步骤。

4、realloc

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(5 * sizeof(int));
	if (NULL == p)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		p[i] = 1;
	}//空间不够，增加5个整型的空间
	//此时不能用p接收
	int* ptr = (int*)realloc(p, 10 * sizeof(int));
	//先用ptr接收，再赋给p，防止返回NULL，p找不到原来的数据
	if (ptr != NULL)
	{
		p = ptr;
        ptr = NULL;//释放但不置空，需手动置空
	}
	//继续使用
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}//realloc会把旧的空间释放，不用自己释放
	free(p);
	p = NULL;
}

 3、动态内存常见的错误

1、对NULL解引用（未判断是否为空）

2、非法访问内存，越界访问（解引用野指针）

3、对非动态开辟内存的空间用free释放

void test()
{
int a = 10;
int *p = &a;
free(p);//ok?
}

对栈区的空间进行释放（x）

4、使用free释放一块动态开辟内存的一部分

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

5、对同一块内存多次释放

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

free一个NULL空指针时，什么事都不会发生。

malloc等函数是申请一块空间，获得使用它的权限，free释放后，将权限还给操作系统，如果再访问或是释放，就是非法访问。
6、动态开辟的内存忘记释放（内存泄漏）

malloc和free要成对出现，防止出现内存泄漏

int* test()
//函数内部进行了malloc操作，返回了malloc开辟的空间的起始地址
//谁接收了  要记得释放和置空
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	if (NULL == p)
	{
		return 1;
	}
	return p;
}
int main()
{
	int* ptr = test();
	free(ptr);
	ptr = NULL;
}

4、动态内存开辟相关好题

void GetMemory(char *p)
{
    p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
    char *str = NULL;
    GetMemory(str);
    strcpy(str, "hello world");
    printf(str);
}
int main()
{
    Test();
}

这里GetMemory函数是值传递，且没有返回值，对str无影响。因此str还是指向NULL，即0地址处，然后调用strcpy需访问0地址处内容，导致非法访问。

同时，上面用malloc申请了一块空间，但是函数内没有释放，函数销毁后，p也销毁，这块空间就会内存泄漏。记得malloc要与free搭配使用。

修改后，可传入&str，用char**p接收，*P=（char*）malloc（100），使p指向开辟的100byte，进而存放拷贝的内容，打印后free（str） str=NULL

或者将p（char*）直接返回，用str接收，因为没有free，所以malloc（100）仍然存在，进而可以strcpy，如果此时不是malloc申请，而是利用数组，函数销毁后，数组的空间也会释放，如果再进行打印就不行了。（如下图）这类问题简称为 返回栈空间地址的问题

可以在p前面加上static使其变为静态区变量，函数销毁后它不会销毁，或者去掉[]，p变为char*类型，即从数组变为常量字符串，常量字符串也是在静态区，也就是把在栈区存储的数据放入静态区中存储，从而避免了返回栈空间地址的问题。

 printf（str）括号内直接加str是可以的，str是一个地址，例如printf（“hehe”），括号内有引号+字符串，也就是首字符的地址，相当于括号内直接加一个地址，最终结果都是打印字符串。

void GetMemory(char **p, int num)
{
    *p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{
    char *str = NULL;
    GetMemory(&str, 100);
    strcpy(str, "hello");
    printf(str);
}
int main()
{
    Test();
}

这段代码的整体思路没有问题，但是会导致内存泄漏，  malloc等函数需要与free共同使用

void Test(void)
{
    char *str = (char *) malloc(100);
    strcpy(str, "hello");
    free(str);
}
    if(str != NULL)
{
    strcpy(str, "world");
    printf(str);
}

free（str）后已经没有权限访问了，但后面又调用strcpy访问空间，导致非法访问

开辟--释放--置空

习题来自《高质量C/C++编程》

5、c/c++程序内存开辟示意图

 1. 栈区（stack）：在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结
束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是
分配的内存容量有限。 栈区主要存放运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返
回地址等。
2. 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。
3. 数据段（静态区）（static）存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。
4. 代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码，只读常量（不能被修改），字符串常量。