动态内存管理

本章重点：

目录

1.为什么存在动态内存分配

2.动态内存函数的介绍

3.常见的动态内存错误

---

正文：

1.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 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。

这时候就只能试试动态存开辟了。

---

2.动态内存函数的介绍

2.1malloc和free

malloc函数原型：

void* malloc ( size_t size );//参数部分表示要开辟的内存块的字节个数

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。

malloc的简单使用：

int main()
{
    int arr[10] = {0};
    //动态内存开辟
    int*p = (int*)malloc(40);
    if (p == NULL)
    {
        printf("%s\n", strerror(errno));
        return 1;
    }
    //使用
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        *(p + i) = i;
    }
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("%d ", *(p + i));
    }

    //没有free
    //并不是说内存空间就不回收了
    //当程序退出的时候，系统会自动回收内存空间的

    return 0;
}

free函数：

专门用来做动态内存的释放和回收的。

函数原型：

void free ( void* ptr );

free注意点：

• 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。
• free必须释放动态开辟的空间
• 如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做。

malloc和free都包含在stdlib.h的头文件中

例子：

int main()
{
    int arr[10] = { 0 };
    //动态内存开辟
    int* p = (int*)malloc(40);
    if (p == NULL)
    {
        printf("%s\n", strerror(errno));//返回错误信息
        return 1;
    }
    //使用
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        *(p + i) = i;
    }
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("%d ", *(p + i));
    }
    free(p);

//因为开辟的动态内存空间是p在维护

//所以传参的时候要传指针p

//但是这里需要注意的是：

//free（p）仅仅是释放掉了p指向的动态开辟的内存块

//但是p本身的值没有变，指针变量p还是指向那里

//当开辟的内存空间归还操作系统时，p就指向了未知的地方

//有成为野指针的风险，所以紧接着要把p赋为空指针
    p = NULL;

    return 0;
}

2.2  calloc

calloc函数也是被用来进行动态内存分配的。

函数原型：

void* calloc ( size_t num , size_t size );

//第一个参数是要开辟空间的元素个数，第二个参数是每个元素的大小，但是是字节

• 函数的功能是为 num 个大小为 size 的元素开辟一块空间，并且把空间的每个字节初始化为0。
• 与函数 malloc 的区别只在于 calloc 会在返回地址之前把申请的空间的每个字节初始化为全0。

 所以如果我们对申请的内存空间的内容要求初始化，那么可以使用calloc函数。

2.3 realloc

• realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。
• 有时会我们发现过去申请的空间太小了，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。

函数原型：

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

• ptr 是要调整的内存地址
• size 调整之后新大小（旧+新）
• 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在调整内存空间时存在两种情况：

情况1：原有空间后有足够的空间

情况2：原有空间后没有足够的空间

针对这两种情况，realloc有不同的处理方式。

情况1：

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。

情况2：

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。需要注意的是：旧空间的数据会被拷贝到新空间，旧空间在被处理的过程中会被realloc函数释放掉。

举例：

#include
#include
#include
#include
int main()
{
    int*p = (int*)malloc(40);
    if (NULL == p)
    {
        printf("%s\n", strerror(errno));
        return 1;
    }
    //使用
    //1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        *(p + i) = i + 1;
    }
    //扩容
    int* ptr = (int*)realloc(p, 80);

    //在这里为什么不直接用指针变量p接收realloc函数

   //而是新创建了指针变量ptr

   //因为在这里realloc函数有创建失败的风险

   //一旦创建失败就会返回空指针NULL

   //如果用p接受，会被赋为空指针

   //所以有了下一步，在判断realloc成功后在赋值给p
    if (ptr != NULL)
    {
        p = ptr;
    }
    //使用
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("%d ", *(p + i));
    }
    free(p);
    p = NULL;

    return 0;
}

realloc函数也可以实现malloc函数的功能

int main()

{

  realloc(NULL, 40);//malloc(40);

  return 0;.

}

只需要将空指针传递给realloc的第一个参数

3.常见的动态内存错误

3.1对NULL指针的解引用操作

int main()
{
    int* p = (int*)malloc(40);
    *p = 20;

//在未检验malloc是否开辟成功的情况下，就对p进行解引用

//如果malloc开辟失败，p就会被赋值为NULL
    return 0;
}

3.2对动态开辟空间的越界访问

int main()
{
    int* p = (int*)malloc(40);
    if (p == NULL)
    {
        printf("%s\n", strerror(errno));
        return 1;
    }
    //方式
    int i = 0;
    for (i = 0; i <= 10; i++)
    {
        p[i] = i;
    }

//访问了下标为10的空间，造成了越界

    free(p);
    p = NULL;
    return 0;
}

3.3 对非动态开辟内存使用free释放

int main()
{
    int a = 10;
    int* p = &a;
    //.....

    free(p);//程序会崩溃
    p = NULL;

    return 0;
}

3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

int main()
{
    int* p = (int*)malloc(40);
    if (p == NULL)
    {
        return 1;
    }
    //使用
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 5; i++)
    {
        *p = i;
        p++;//p的指向变了

//p不再指向动态内存的起始位置

//程序会崩溃！！！
    }

    //释放
    free(p);
    p = NULL;

    return 0;
}

3.5 对同一块动态内存多次释放

int main()
{
    int* p = (int*)malloc(40);
    //....
    free(p);
    //...
    free(p);

    return 0;
}
//防止这种错误，就是要在free后接着对p置空

3.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

void test()
{
    int* p = (int*)malloc(100);
    //....
    int flag = 0;
    scanf("%d", &flag);//5
    if (flag == 5)
        return;

    free(p);
    p = NULL;
}

//逻辑错误导致内存泄漏

//free函数有可能不被执行

//一旦跳出test函数，开辟的空间不会在被找到

//这样就造成了内存的泄露

int main()
{
    test();
    //......

    return 0;
}

忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄漏。

切记：

动态开辟的空间一定要释放，并且正确释放 ！！！