【C语言进阶】7. 动态内存管理

1. 动态内存分配的缘由

在之前的学习过程中,我们所了解的内存开辟都是固定的形式

int main()
{
	int a = 10;//1次开辟4个字节
	int arr[10];//1次开辟40个字节

	return 0;
}

这种开辟形式空间大小是固定的, 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
(包括C99标准下的变长数组,变长数组并不是大小可变,而是通过变量来确定长度,变长数组在开辟后任不可改变长度)

但是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
所以就需要采用到动态内存开辟

2. 动态内存函数介绍

动态内存开辟和局部变量开辟的区别:
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2.1 malloc 和 free 函数

void* malloc (size_t size); // size 指定的是一次开辟的字节数

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

函数free,专门用来释放动态开辟的内存,函数原型如下:

void free (void* ptr);

1.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。 / / vs下报错
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2.如果参数 ptr 是NULL指针,则函数什么事都不做
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没有free函数,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
一份优秀的代码应该做到程序员自己释放空间

	free(p); 
	p = NULL;

这两行代码一般配套使用,将p所指向的空间释放后,p任然记得该空间的地址,拿到p依旧可以对该空间进行访问(非法访问内存)
p属于野指针,需要及时置成NULL

2.2 calloc函数

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个字节初始化为全0
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calloc 函数等价于 malloc函数(开辟) + memset函数(初始化)

2.3 realloc 函数

realloc 函数的出现让动态内存管理更加灵活。
当我们发现开辟的空间过大或者过小,为了合理的利用内存,可以对内存的大小做灵活的调整
realloc 函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整
函数原型如下:

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

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realloc函数开辟空间的两种情况
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情况1
当是情况1 的时候,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
当是情况2 的时候,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,同时会将原来所指向的空间释放掉。
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所以,不管是malloc还是realloc开辟空间后都需要进行判断,空间是否开辟成功(p==NULL)
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int main()
{
	realloc(NULL, 40);//malloc(40);
	return 0;
}

对NULL处地址进行realloc相当于malloc开辟空间

3. 常见的动态内存错误

3.1 对NULL指针进行解引用

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3.2 对动态开辟空间的越界访问

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3.3 对非动态开辟内存使用free释放

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3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

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3.5 对同一块动态内存多次释放

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3.6 动态开辟内存忘记释放(内存泄漏)

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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 ==

4. 经典习题

4.1 题目1

请问运行Test 函数会有什么样的结果?

void GetMemory(char* p)
{
	p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(str);
	strcpy(str, "hello world");
	printf(str);
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

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4.2 题目2

请问运行Test 函数会有什么样的结果?

char *GetMemory(void)
{
 char p[] = "hello world";
 return p;
}
void Test(void)
{
 char *str = NULL;
 str = GetMemory();
 printf(str);
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

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4.3 题目3

请问运行Test 函数会有什么样的结果?

void GetMemory(char** p, int num)
{
	*p = (char*)malloc(num);
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(&str, 100);
	strcpy(str, "hello");
	printf(str);
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

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4.4 题目4

请问运行Test 函数会有什么样的结果?

void Test(void)
{
	char* str = (char*)malloc(100);
	strcpy(str, "hello");
	free(str);
	if (str != NULL)
	{
		strcpy(str, "world");
		printf(str);
	}
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

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5. C/C++程序的内存开辟

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6. 柔性数组

C99 中规定,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

typedef struct st_type
{
 int i;
 int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
//有些编译器会报错无法编译可以改成:
typedef struct st_type
{
 int i;
 int a[];//柔性数组成员
}type_a;

6.1 柔性数组的特点:

1、结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。
2、sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。
3、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。
包含柔性数组成员的结构之所以使用malloc ()函数进行内存的动态分配,是因为柔性数组成员就是通过malloc/realloc实现“柔性”特点,为了实现成员所在位置的一致性(如果之前的元素处在栈区,柔性数组在堆区很变扭),所以干脆将结构体用malloc开辟
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sizeof在计算结构体大小时,并未计算柔性数组成员的大小

6.2 柔性数组的使用

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上述的使用也可以不采用柔性数组的方式:
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