动态内存管理【下篇】

⚙️5.C/C++程序的内存开辟

C/C++程序内存分配的几个区域：

1.栈区（stack）：在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。栈区主要存放运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。
2.堆区（heap）：一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。分配方式类似于链表。
3.数据段（静态区）（static）：存放全局变量、静态数据，程序结束后由系统释放。
4.代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码。

实际上普通的局部变量是在栈区分配空间的，栈区的特点是上面创建的变量出了作用域就销毁。
但是被static修饰的变量存放在数据段（静态区），数据段的特点是在上面创建的变量，直到程序结束才销毁，所以生命周期变长。

⚙️6.柔性数组

也许你从来没有听说过**柔性数组（flexible array）**这个概念，但是它确实是存在的。
C99中，结构体中的最后一个元素允许是未知大小的数组，这就叫做 柔性数组成员。

例如

//struct S
//{
//	int n;
//	char c;
//	int arr[];//-->柔性数组成员//大小可以是未知的
//};         

struct S
{
	int n;
	char c;
	int arr[0];//-->柔性数组成员
};

int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S));

	return 0;
}

6.1.柔性数组的特点

结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员

struct SA
{
	int arr[0];//柔性数组成员
};

struct SA
{
	int arr[];//柔性数组成员
};

这样写绝对不可以！

sizeof返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存

struct S
{
	int n;
	char c;
	int arr[0];//-->柔性数组成员
};

int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S));

	return 0;
}

包含柔性数组成员的结构用malloc()函数进行内存的动态分配，并且分配的内存应该大于结构的大小，以适应柔性数组的预期大小

#include
#include
#include
#include
struct S
{
	int n;
	char c;
	int arr[0];//-->柔性数组成员
};
                                                                                               
int main()
{ 
	//                                     8          +           40
	struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 10 * sizeof(int));
	if (ps == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}

	//使用
	ps->n = 100;
	ps->c = 'w';
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		ps->arr[i] = i;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", ps->arr[i]);
	}
	//释放
	free(ps);
	ps = NULL;

	return 0;
}

6.2.柔性数组的使用

柔性数组方案 ---- 方案1：

struct S
{
	int n;
	char c;
	int arr[0];//-->柔性数组成员
};
                                                                                               
int main()
{ 
	//                                     8          +           40
	struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 10 * sizeof(int));
	if (ps == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}

	//使用
	ps->n = 100;
	ps->c = 'w';
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		ps->arr[i] = i;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", ps->arr[i]);
	}

	//调整arr数组大小
	struct S*ptr = (struct S*)realloc(ps, sizeof(struct S) + 20 * sizeof(int));
	if (ptr == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	else
	{
		ps = ptr;
	}
	//使用
	
	//释放
	free(ps);
	ps = NULL;

	return 0;
}

结构体中指针方案 ---- 方案2：

struct S
{
	int n;
	char c;
	int* arr;
};
int main()
{
	struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S));
	if (ps == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	int* ptr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (ptr == NULL)
	{
		perror("malloc2");
		return 1;
	}
	else
	{
		ps->arr = ptr;
	}
	//使用
	ps->n = 100;
	ps->c = 'w';
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		ps->arr[i] = i;
	}
	//打印
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", ps->arr[i]);
	}

	//扩容 - 调整arr大小
	int* tmp = realloc(ps->arr, 20 * sizeof(int));
	if (tmp == NULL)
	{
		perror("realloc");
		return 1;
	}
	else
	{
		ps->arr = tmp;
	}
	//使用

	//释放
	free(ps->arr);
	ps->arr = NULL;
	free(ps);
	ps = NULL;

	return 0;
}

这段代码也同样可以实现柔性数组的功能

方案1:
malloc 1次，free 1次，容易维护空间，不易出错
malloc 次数少，内存碎片就会较少，内存的使用率就较高一些

方案2:
malloc 2次，free 2次，维护难度加大，容易出错
malloc 次数多，内存碎片就会增多，内存的使用率就下降了

typedef struct st_type
{
	int i;
	int a[0];//柔性数组成员

}type_a;
//代码1
int i = 0;
type_a* p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a) + 100 * sizeof(int));
//业务处理
p->i = 100;
for (i = 0; i < 100; i++)
{
	p->a[i] = i;
}
free(p);

这样柔性数组a，相当于获得了100个整型元素的连续空间

//代码2
typedef struct st_type
{
	int i;
	int* p_a;
}type_a;
type_a* p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a));
p->i = 100;
p->p_a = (int*)malloc(p->i * sizeof(int));
//业务处理
for (i = 0; i < 100; i++)
{
	p->p_a[i] = i;
}
//释放空间
free(p->p_a);
p->p_a = NULL;
free(p);
p = NULL;

上述代码1和代码2可以完成同样的功能，但是方法1的实现有两个好处：

第一个好处是：方便内存释放

如果我们的代码是在一个给别人用的函数中，你在里面做了二次内存分配，并把整个结构体返回给用户。用户调用free可以释放结构体，但是用户并不知道这个结构体内的成员也需要free，所以你不能指望用户来发现这个事。所以，如果我们把结构体的内存以及其成员要的内存一次性分配好了，并返回给用户一个结构体指针，用户做一次free就可以把所有的内存也给释放掉。

第二个好处是：这样有利于访问速度

连续的内存有益于提高访问速度，也有益于减少内存碎片。（其实，我个人觉得也没多高了，反正你跑不了要用做偏移量的加法来寻址）

总结
以上就是 动态内存管理【下篇】 的内容啦
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