C语言动态内存管理

在C语言中，编写程序的时候不能确定内存的大小，希望程序在运行的过程中根据数据量的大小动态的分配内存。动态内存管理，就是指在程序运行过程中动态的申请和释放内存空间。

C语言允许程序动态管理内存，需要时随时开辟，不需要时随时释放。内存的动态管理是通过调用库函数来实现的，主要有malloc和free函数。

一、相关的库函数

1、malloc 函数

函数的原型：

void *malloc(unsigned int size)；

malloc的作用是向系统申请一块大小为size的连续内存空间，如果申请失败，函数返回0，如果申请成功，返回成功分配内存块的起始地址。

例如：

malloc(100)； // 申请 100 个字节的临时分配域，返回值为其第一个字节的地址

malloc的返回值的地址的基类型为void，即不指向任何类型的数据，只提供一个地址，程序中需要定义一个指针来指向动态分配的内存地址。

例如：

int *pi=malloc(sizeof(int));

2、free 函数

函数的原型：

void free(void *p);

free的作用是释放指针p指向的动态内存空间，p是调用malloc函数时返回的地址，free函数无返回值。

例如：

free(pi);     // 释放指针变量pi指向的已分配的动态空间

示例（book107.c）

/*
 * 程序名：book107.c，此程序用于演示C程序动态内存管理。
 * 作者：C语言技术网(www.freecplus.net) 日期：20190525
*/
#include 
#include 
#include 

struct st_girl  // 超女结构体
{
  char name[50];     // 姓名
  int  age;          // 年龄
};

int main(int argc,char *argv[])
{
  int    *pi=malloc(sizeof(int));    // 分配int类型大小的内存
  long   *pl=malloc(sizeof(long));   // 分配long类型大小的内存
  double *pd=malloc(sizeof(double)); // 分配double类型大小的内存
  char   *pc=malloc(101);            // 分配101字节的内存，可存放100个字符的字符串
  struct st_girl *pst=malloc(sizeof(struct st_girl)); // 分配struct st_girl结构体大小的内存

  // 以下代码是像普通指针和变量一样使用动态分配的内存
  *pi=10;     printf("*pi=%d\n",*pi);
  *pl=20;     printf("*pl=%d\n",*pl);
  *pd=10.5;   printf("*pd=%.1f\n",*pd);
  strcpy(pc,"西施"); printf("*pc=%s\n",pc);
  strcpy(pst->name,"杨玉环"); pst->age=21;
  printf("name=%s,age=%d\n",pst->name,pst->age);
  
  // 释放动态分配的内存
  free(pi); free(pl); free(pd); free(pc); free(pst);
}

运行效果

二、内存被耗尽

使用动态分配内存技术的时候，分配出来的内存必须及时释放，否则会引起系统内存耗尽，这话说起来简单，好像很容易做到，但是在实际开发中，程序员往往是漏洞百出。

内存问题是C程序员的主要问题之一，是初学者的恶梦。

三、野指针

野指针就是无效的指针，与空指针不同，野指针无法通过简单地判断是否为 NULL避免，而只能通过养成良好的编程习惯来尽力减少。

1、指针变量未初始化

指针变量刚被创建时不一定会自动初始化成为空指针（与编译器有关），它的缺省值是可能随机的，它会随便乱指。所以，指针变量在创建的同时应当被初始化，要么将指针的值设置为0，要么让它指向合法的内存。

int *pi=0;

或

int i;
int *pi=&i;

2、指针释放后之后未置空

指针在free时会把指针所指的内存给释放掉，但指针不一定会赋值0（也与编译器有关），如果对释放后的指针进行操作，相当于非法操作内存。释放内存后应立即将指针置为0。

free(pi);
pi=0;

四、应用经验

1、数组申明的改进

在C语言的早期标准中，定义数组必须用常量指明大小，不能用变量。

char str[101];        // 可以这样
int len=101;
char str[len];         // 不可以这样

程序在运行的时候，如果要定义一个字符串存放100个字符，那怎么办，只能通过动态分配内存技术。

char *str=malloc(101);

现在，定义数组可以用变量指明大小，就不必为数组动态分配内存了。

还有，C++的string是一个变长的字符串，非常好用，程序员根本不必关心内存的问题。

2、链表

链表是C语言的一个经典的数据结构，相当于一个动态的结构体数组，非常巧妙，功能强大，但操作也麻烦，在这里我就不介绍了。

在C++中，容器全完代替了链表的功能，极其好用，程序员也不必关心内存的问题。

3、我的建议

在中国，没有纯C程序员，如果他不会C++，不是他对C有多么执着，可能是不会C++。

至少十年了，我不再使用动态内存分配技术，也想不到有什么场景非得用动态内存分配技术。

哦，嵌入式开发可能是个例外，可能还有其它只能用C不能用C++的场景。

动态内存分配并不是什么高大上的技术，我是一个实用的程序员，绝不给自己挖坑，这与水平高低无关。

五、课后作业

编写示例程序，把本章节介绍的知识点全部演示一遍，用程序演示可以加深您的理解和映象。

六、版权声明

C语言技术网原创文章，转载请说明文章的来源、作者和原文的链接。
来源：C语言技术网（www.freecplus.net）
作者：码农有道

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