C语言——动态内存管理 malloc、calloc、realloc、free的使用

目录

一、为什么存在动态内存分配

二、动态内存函数的介绍

2.1malloc和free

2.2calloc

2.3realloc

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对非动态开辟的内存使用free释放

3.4使用free释放一块动态开辟内存的一部分

3.5对同一块内存多次释放

3.6动态开辟内存忘记释放(内存泄漏)

四、几个经典的题


一、为什么存在动态内存分配

我们已经掌握的内存开辟方式有:

int a = 10;//在栈空间开辟四个字节

char arr[10] = {10};//在栈空间开辟10个字节的连续空间

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.数组在申请的时候,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,如此数组的编译时开辟空间的方式就不能满足了。这个时候可以使用动态开辟了。

二、动态内存函数的介绍

2.1malloc和free

//这个函数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

void* malloc(size_t size);

  • 如果开辟成功,则返回一个指向开辟好的空间的指针
  • 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

//C语言提供了另外一个函数free,专门就用来做动态内存的释放和回收的

//free函数用来释放动态开辟的内存

void free(void* ptr);

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,则函数声明事都不做。

int main()
{
	//申请
	int* str = (int*)malloc(sizeof(int) * 5);
	if (str == NULL)
	{
		printf("malloc %s", strerror(errno));
		exit(-1);
	}
	//使用
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
		*(str +i) = i + 1;
	}
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
		printf("%d ", *(str +i));
	}
	//释放
	free(str);
	str = NULL;

	return 0;
}

2.2calloc

void* calloc(size_t num, size_t size);

函数的功能是为num个大小为size的元素开辟一块空间,并且把空间的每一个字节初始化为0;

与函数malloc的区别在于calloc会在返回地址之前把申请的空间的每一个字节初始化为全0

int main()
{
	//创建了一块大小为10个大小为int类型的空间,默认初始化成0
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		printf("calloc:%s", strerror(errno));
		exit(-1);
	}
	
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *(p+i));
	}
	//释放
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

C语言——动态内存管理 malloc、calloc、realloc、free的使用_第1张图片

2.3realloc

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

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活

有时我们会发现过去申请的空间太小,有时候我们又会觉得申请的空间过大了,那为了合理的使用内存,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。

  • 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;
  • 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:

1.原有空间之后有足够大的空间:要扩展内存就直接在原有内存之后直接追加空间,原来空间的数据不会发生变化。

2.原有空间之后没有足够的空间: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。

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 5);
	if (p == NULL)
	{
		printf("malloc:%s\n", strerror(errno));
		exit(-1);
	}
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
		*(p + i) = i + 1;
	}
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
		printf("%d ", *(p+i));
	}
	int* ptr = (int*)realloc(p, sizeof(int) * 10);
	if (ptr == NULL)
	{
		printf("realloc:%s\n", strerror(errno));
		exit(-1);
	}
	else
	{
		p = ptr;
		for (int i = 5; i < 10; i++)
		{
			p[i] = i + 1;
		}
		for (int i = 0; i < 10; i++)
		{
			printf("%d ", p[i]);
		}
	}
	//释放
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

C语言——动态内存管理 malloc、calloc、realloc、free的使用_第2张图片

三、常见的动态内存错误

3.1对NULL指针的解引用操作

void test1()
{
	int* p = (int*)malloc(20);
	*p = 20;//如果p的值是NULL,就会有问题
	free(p);
}

3.2对动态开辟空间的越界访问

void test2()
{
	int i = 0;
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (NULL == p)
	{
		exit(-1);
	}
	for (int i = 0; i <= 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;//当i是10的时候越界访问
	}
	free(p);
}

C语言——动态内存管理 malloc、calloc、realloc、free的使用_第3张图片

 

3.3对非动态开辟的内存使用free释放

void test3()
{
	int a = 10;
	int* p = &a;
	//对非动态开辟的内存使用free释放
	free(p);
}

C语言——动态内存管理 malloc、calloc、realloc、free的使用_第4张图片

 

3.4使用free释放一块动态开辟内存的一部分

void test4()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	p++;//p指向后面的地址
	free(p);//必须提供起始地址的地址来free
}

C语言——动态内存管理 malloc、calloc、realloc、free的使用_第5张图片

3.5对同一块内存多次释放

void test5()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	free(p);
	free(p);//重复释放
}

C语言——动态内存管理 malloc、calloc、realloc、free的使用_第6张图片

3.6动态开辟内存忘记释放(内存泄漏)

malloc、calloc、realloc等所申请的空间不想使用需要free释放,如果不使用free释放程序结束之后,也会由操作系统回收,如果不使用free释放,程序也不结束,那么会造成内存泄漏

void test6()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	if (p != NULL)
	{
		*p = 20;
	}
}


int main()
{
	test6();//动态开辟的内容忘记释放(内存泄漏)
	while (1);
	return 0;
}

四、几个经典的题

//传值调用,不会影响str,str依然为NULL,
//1.strcpy函数调用失败,原因是对NULL的解引用操作,程序会崩溃
//2.没有释放,会造成内存泄漏
//
void GetMemory1(char* p)
{
	p = (char*)malloc(100);
}
void test7()
{
	char* str = NULL;
	GetMemory1(str);
	strcpy(str, "hello world");
	printf(str);
}
//GetMemory2函数内部创建的数组是临时的,虽然返回了p给str,但数组的内存出了函数就会归还给操作系统,
//而str依然保持了数组的起始地址,这时如果使用str, str就是野指针
//
char* GetMemory2()
{
	char p[] = "hello world";
	return p;
}
void test8()
{
	char* str = NULL;
	str = GetMemory2();
	printf(str);
}
//传址调用,str指向malloc分配出来的起始地址,但是最后没有释放,会造成内存泄漏
void GetMemory3(char** p, int num)
{
	*p = (char*)malloc(num);
}

void test9()
{
	char* str = NULL;
	GetMemory3(&str, 100);
	strcpy(str, "hello");
	printf(str);
	//释放
	//free(str);
}
//在free后没有将str置空,str指向的内存空间被还给操作系统了,此时str是野指针,往str里拷贝字符串会形成非法访问
void test10()
{
	char* str = (char*)malloc(100);
	strcpy(str, "hello");
	free(str);//free完后要将str置为空
	str = NULL;
	if (str != NULL)
	{
		strcpy(str, "world");
		printf(str);
	}
}

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