动态内存分配malloc, calloc, realloc函数解析

目录

前言

free函数

malloc函数

calloc函数

realloc函数

扩充


前言

有时候我们需要的空间大小不确定,需要随着程序需要的空间而变化, 那以数组开辟的固定大小的空间就不适用了, 这时候我们就需要动态分配开辟空间了。当空间不够时就扩容。动态开辟是在堆区开辟一块连续可用空间,并返回这块空间的地址。有三种函数malloc, calloc和realloc。我们动态内存分配就在堆区开辟空间

动态内存分配malloc, calloc, realloc函数解析_第1张图片

上面的四个区只有堆区的空间是需要手动释放的

free函数

free函数是专门用来对动态开辟内存的回收和释放的。当我们不需要再使用动态开辟的空间时,一定要free释放空间,因为是在堆上开辟的空间,所以不会随着出了作用域而销毁,需要我们free释放,避免内存泄漏,并置空(将指针置为NULL),避免形成野指针。

内存释放是标记删除, 只会修改当前空间的所属状态,并不会清除空间内容。

当然内存泄漏也不是都有危害,但为了养成良好的代码习惯,动态开辟后一定要free

void free (void* ptr);

1.如果参数ptr指向的内存空间不是动态内存开辟的,那free函数的行为是未定义的,就会报错,所以free函数是针对动态开辟的空间

2.如果ptr是 NULL空指针,那么free函数什么都不做。

下面我们来实现一下。

动态内存分配需要调用头文件#include

malloc函数

void* malloc (size_t size);

malloc函数用来动态开辟的, size是开辟所需空间的大小,单位:字节。

并返回起始地址。返回类型是void*,表示我们可以开辟任意类型的空间,同时我们需要强制类型转换成我们开辟空间类型的指针,再用指针接收

例如我们开辟的是int型的空间,就需要先转换为(int*),再用int*的指针接收

开辟float型的空间,就需要先转换为(float*),用于float*的指针接收

int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);

重点:

1.malloc函数在开辟空间后需要判断开辟空间是否成功,若开辟成功会返回开辟好的空间的指针,开辟失败会返回空指针。

2.malloc函数并不会对开辟空间进行初始化,空间内容为随机数。

下面是关于malloc函数的例子,主函数如下:

主函数中第一段代码就是在堆上动态开辟10个int型大小的空间,通过int*型的指针p去维护这块空间,如果空间开辟失败就会返回NULL,所以我们需要判断是否开辟成功。

动态内存分配malloc, calloc, realloc函数解析_第2张图片

#include 
#include 
#include 
#include 
int main()
{	
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
	if (p == NULL)
	{                                     //我们也可以直接eixt(-1)异常退出,或是return;
		printf("%s\n", strerror(errno));  //strerror(errno)是用来判断开辟失败的错误原因                               
		return -1;                        //error是错误码
	}                                     //需要调用最下面的两个头文件
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
	printf("\n");
	return 0;
}

判断p为NULL时,也可以直接打印开辟失败,不需要调用strerror函数,也不用包含那两个头文件

if (p == NULL)
{
	printf("malloc failed\n");
	exit(-1);
}

动态内存分配malloc, calloc, realloc函数解析_第3张图片

calloc函数

void* calloc (size_t num, size_t size);

calloc函数与malloc类似 ,calloc可以看作malloc+memset

 参数num是开辟空间的元素个数,参数size是元素的大小,单位:字节。

函数的功能是为 num 个 size大小 的元素开辟一块空间,并且把空间的每个字节初始化为0。

calloc函数与malloc函数不同点在于:会将开辟的空间都初始化为0(按字节初始化为0)。

#include 
#include 
#include 
#include 
int main()
{	
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return -1;
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
	printf("\n");
	return 0;
}

下面看运行结果都为0

动态内存分配malloc, calloc, realloc函数解析_第4张图片


realloc函数

realloc函数让动态内存管理变得更加灵活,空间不够时可以对动态开辟的空间扩容

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

参数ptr为需要扩充动态内存分配的空间的地址

size是 调整之后新大小,返回参数为调整之后的内存起始位置。

realloc在调整内存空间的是存在两种情况:

1.原地扩容

在需要扩容的空间后有足够的空间进行扩容,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。

 动态内存分配malloc, calloc, realloc函数解析_第5张图片

2.异地扩容

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。这样函数返回的是一个新的内存地址。

动态内存分配malloc, calloc, realloc函数解析_第6张图片

pc指向的空间的数据会迁移到ptr指向的空间,此时不需要将pc的空间free,系统会自动释放。

下图通过两行代码了解什么是异地扩容,可以看到p1和p2的地址发生了变化

p1的值是0x006b56b8  p2的值是0x006bf4d0,所以扩容后的空间地址与原空间地址不同,这就是异地扩容

动态内存分配malloc, calloc, realloc函数解析_第7张图片

当然扩容失败就会返回NULL,异常退出了

下面是malloc和realloc的联合使用,我们扩容后要将扩容后的空间再次交给原指针去维护

所以将p=ptr

#include 
#include 

int main()
{
	int* p =(int*) malloc(sizeof(int)*10);
	if (p == NULL)
	{
		printf("malloc faied\n");
		return -1;
	}
	int* ptr = (int*)realloc(p, sizeof(int) * 20);
	if (ptr == NULL)
		return -1;
	p = ptr;
	for (int j = 0; j < 20; j++)
	{
		printf("%d ", p[j]);
	}

	printf("\n");
    
    return 0;
}

动态内存分配malloc, calloc, realloc函数解析_第8张图片

运行结果可以看到都是随机数,所以realloc函数也不会初始化

可以看出realloc与malloc相似,都不会初始化。同时这也是realloc和malloc的一个特性,

当要扩容的对象为空时,realloc可以当作malloc函数使用。

扩充

我们一般动态开辟的空间都是结构体,下面简单介绍一下开辟结构体类型的空间

我们首先定义了一个结构体类型,里面定义的是int型的数据data,还有一个next型的指针,存放下一节点的地址,这就是数据结构的单链表结构,不了解的小伙伴可以简单看一下

pc指向开辟的一个节点用,p指向开辟的另一个节点用,将pc指向的结构体中的next保存p指向节点的地址

动态内存分配malloc, calloc, realloc函数解析_第9张图片

#include 
#include 

typedef struct QueueNode
{
	DataType data;
	struct QueueNode* next;
}QueueNode;

int main()
{
	QueueNode* pc = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	QueueNode* p = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));

	if (pc == NULL && pc == NULL)
	{
		printf("malloc failde\n");
		exit(-1);
	}
	pc->data = 10;
	pc->next = p;

	p->data = 20;
	p->next = NULL;

	printf("%d %d\n", pc->data, p->data);
	printf("%p %p %p\n", pc->next, p, p->next);
	free(pc);
	free(p);
	pc = p = NULL;

	return 0;
}

动态内存分配malloc, calloc, realloc函数解析_第10张图片

重点:动态开辟使用完后,一定要记得free,置空。

了解完上面的内容,是不是对动态分配有了更深的理解。不是看到希望才去坚持,而是坚持了才看到希望,敬每一位努力奋斗的你和学习编程的你。希望我的文章能对你有所帮助。欢迎点赞 ,评论,关注,⭐️收藏

动态内存分配malloc, calloc, realloc函数解析_第11张图片

你可能感兴趣的:(c/c++,c语言)