存储类别、链接与内存管理（三）

1、malloc函数详解

（1）函数声明

#include 
void* malloc(size_t size);

• malloc可以申请一定数量的空闲内存，这样的内存是匿名的，也就是malloc不会为其赋名，但是确实返回动态分配内存块的首元素地址，因此可以把该地址赋给一个指针变量，利用这个指针访问这块内存
• malloc通常返回一个char类型的指针，因为char表示一个字节。然而从ANSI C标准开始，C使用一个新的类型void*，即一个指向void的指针，相当于一个“通用指针”，由此malloc可以返回多个类型的指针。所以通常malloc的返回值都会强制转化为匹配的类型
• 把指向void的指针赋给任意类型的指针完全不需要考虑类型匹配的问题
• 如果malloc分配内存失败就会返回空指针

（2）使用函数

①使用malloc创建一个数组

double* ptd;
ptd = (double*)malloc(30 * sizeof(double));
if(ptd == NULL)//有可能不会分配到内存
{
    printf("Nunber not correctly entered -- bye");
    exit(EXIT_FAILURE);//程序异常终止程序
}
//某些使用ptd的程序
free(ptd);//用完后释放申请的空间，将内存还给计算机
ptd = NULL;//并且将还记住地址ptd指针置空

②使用注意事项

• 如果让ptd指向这块内存的首元素，便可以使用数组名一样使用它，也就是说可以使用ptd[0]、ptd[1]等指针用法
• ptd指向的是一个double类型的指针，而不是整个30个double类型的块
• 在C中不一定使用强制转化类型，但是在C++中必须使用，在C中使用强制类型转换更加容易把C程序转化为C++
• 最后两步是为了避免内存泄露的问题（后面会提到）

③三种创建数组的方式

• 声明数组，直接用常量表达式表达数组的维度，用数组名访问数组的元素，可以用静态内存或自动内存创建这种数组
• 声明变长数组（C99新增特性），用变量表达式表达数组的维度，具有这种特性的数组只能在自动内存中存储
• 声明一个指针，调用malloc函数，将其返回值赋给指针，使用这个指针访问数组的元素，该指针可以是静态的或自动的

2、free函数详解

（1）函数声明

#include 
void free(void *ptr);

• free通常都会搭配malloc使用，free的参数是之前mlloc返回的地址，该函数释放之前malloc分配的一块内存。不能使用free释放其他方式（例如声明一个数组后使用free）
• 这样配套使用的话，malloc分配内存，free释放内存，可以重复利用一块内存空间（内存池）

（2）使用函数

double* ptd;
ptd = (double*)malloc(30 * sizeof(double));
free(ptd);
ptd = NULL;

3、exit函数详解

（1）函数声明

#include 
void exit(int status);

• 如果malloc函数分配内存失败，可以调用函数exit结束程序
• status是返回给父进程的状态值。标准提供了两个返回值（被定义在stdlib.h中）保证在所有的操作系统中都能正常工作，一些操作系统还会接受一些表示其他运行错误的整数值
  • EXIT_FAILURE表示程序异常终止
  • EXIT_SUCCESS（相当于0）表示普通的程序结束

（2）使用函数

int sum = 0;
if(scanf("%d", &sum) != 1)
{
    printf("Nunber not correctly entered -- bye");
    exit(EXIT_FAILURE);
}

4、内存泄露的危害

void function(int n)
{
    double* temp = (double*)malloc(n * sizeof(double));
    /*假设忘记使用函数free()*/
}
int main()
{
    for(inţ i = 0; i < 1000000)
        function(1000000);
}

如果没有使用free函数将malloc申请的内存释放的话1000000*1000000就有可能将所有内存耗尽，这类问题就被称为内存泄露，在函数末尾调用free函数可以避免这类问题。

5、动态内存分配和变长数组的区别

• 动态内存分配malloc和变长数组（VLA）在功能上有点重合，比如两者都可以用于创建在运行时才确定大小的数组
• 不同的是，变长数组是自动存储类型。因此程序在离开变长数组定义的块的时候，变长数组占有的空间会被自动释放，不必使用free函数
• 另外一方面，free所用的指针变量可以与malloc函数的指针变量不同，但是两个指针必须存储相同的地址，并且不能释放两次
• 对多维数组来说，使用VLA在语法上更加的方便，使用malloc就会显得复杂得多

int n = 5, m = 6;

int ar2[n][m];//变长数组（要求支持VLA）

int (* p2)[6];//指向一个6元素数组的指针，使用变量p2存储 
int (* p3)[m];//指向一个m元素数组的指针，使用变量p3存储（要求支持VLA）
p2 = (int (*)[6])malloc(n * 6 * sizeof(int));//n*6数组
p3 = (int (*)[m])malloc(n * m * sizeof(int));//n*m数组（要求支持VLA）

6、存储类别和动态内存分配

（1）简单分类内存

可以简单认为程序把它可用的内存分为3部分：

• 供给具有外部链接、内部链接和无连接的静态变量使用
• 供给自动变量使用
• 供给动态内存分配使用（内存堆/堆/自由内存）

（2）三类内存的细节

• 静态存储类别的变量，使用的内存数量在编译的时候就确定，只要程序还在运行，就可以访问存储在该部分的数据。该类别的变量在程序开始执行时就被创建，在程序结束的时候被销毁
• 自动存储类别的变量，在程序进入变量定义的块时存在，程序离开块的时候消失。因此，随着程序调用函数和函数结束，自动变量所用的内存数量也在相应的增加或减少。这部分的内存通常作为栈来处理，这意味着新创建的变量按顺序加入内存，然后以相反的顺序销毁
• 动态分配的内存，在调用malloc函数或相关函数的时候存在，在调用free函数后释放，这一部分的内容由程序员管理，而不是某套规则。另外，未使用的内存块分散在已使用的内存块之间，使用动态内存通常比使用栈内存慢