动态内存管理
目录
1.为什么存在动态内存分配
2.动态内存函数的介绍
2.1malloc和free
2.2calloc
2.3realloc
3.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对同一块动态内存多次释放
3.6动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
5.c/c++程序的内存开辟
6.柔性数组
6.1柔性数组的特点
6.2柔性数组的使用
6.3柔性数组的优势
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 a = 0 ;//在栈空间上开辟四个字节
char b = 0 ;//在栈空间上开辟一个字节
int arr[10] = { 0 } ;//在栈空间上开辟10*4个字节的连续空间但是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. 数组在声明的时候，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
C语言提供了一个动态开辟的函数：
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。
此外，C语言提供了另外一个函数free，专门是用来做动态内存的释放和回收的，函数原型如下：
free函数用来释放动态开辟的内存。
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，则函数什么事都不做。
malloc和free都声明在 stdlib.h 头文件中。
malloc 和 free需要相结合使用，实例：
int main()
{
//开辟空间
int* p = (int*)malloc(40);//使用malloc在堆区开辟40个字节的空间
//malloc的返回值为void* 我们要根据自己的需求 进行强制类型转化
//判断是否开辟成功
if (p == NULL)
{
perror("malloc");//如果开辟失败，打印开辟失败的原因
}
//对开辟空间的使用
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
*(p + i) = i;
}
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", p[i]);
}
//释放所开辟的空间
free(p);
p = NULL;//必须将p置为空指针
return 0;
}
我们在尝试下开辟很大的空间
int main()
{
int* p = (int*)malloc(10000000000000);
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
else
{
free(p);
p = NULL;
}
return 0;
}
这就是perror的作用；
2.2calloc
C语言还提供了一个函数叫calloc,calloc函数了用来动态内存分配。
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。
实例：
int main()
{
int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
if (p == NULL)
{
perror("calloc");
return 1;
}
//没有对这份空间中的内容初始化，直接使用
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", p[i]);
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
所以如果我们对申请的内存空间的内容要求初始化，那么可以很方便的使用calloc函数来完成任务。
2.3realloc
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，那为了合理的时
候内存，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：
情况1：原有空间之后有足够大的空间
情况2：原有空间之后没有足够大的空间
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。
由于上述的两种情况，realloc函数的使用就要注意一些。
int main()
{
//开辟空间
int* p = (int*)malloc(40);
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
else
{
//使用空间
}
//发现原有空间不够用
p = (int*)realloc(p, 80);
//这种写法是错误的，对于情况2就不适用
int* ptr = (int*)realloc(p, 80);
if (*ptr != NULL);
{
p = ptr;
}
//使用结束，释放空间
free(p);
//将指针p置空
p = NULL;
return 0;
}3.常见的动态内存错误
3.1对NULL指针的解引用操作
void test()
{
int* p = (int*)malloc(INT_MAX);
//INT_MAX表示为int的最大值，不可能申请这么大的空间 p一定为空指针
*p = 20;//对空指针进行解引用
free(p);
p = NULL;
}3.2对动态开辟空间的越界访问
int main()
{
int* p = (int*)malloc(40);
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
int i = 0;
//从i=10；时就开始越界访问
for (i = 0; i < 20; i++)
{
*(p + i) = i;
}
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 = 0;
int* p = &a;
free(p);
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(10);
p++;
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(10);
free(p);
free(p);
return 0;
}
3.6动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
int main()
{
int* p = (int*)malloc(10);
if (p != NULL)
{
*p = 10;
}
return 0;
}忘记释放不再使用的动态内存开辟的空间会造成内存泄漏。
切记：动态开辟的内存一定要示范，并且正确释放。
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。
有了这幅图，我们就可以更好的理解在《C语言初识》中讲的static关键字修饰局部变量的例子了。
实际上普通的局部变量是在栈区分配空间的，栈区的特点是在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
实例：
struct stu
{
int a;
int arr[];
};这就是一个柔性数组
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。
sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。
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。
6.2柔性数组的使用
struct stu
{
int a;
int arr[];
};
int main()
{
//开辟40个字节空间
struct stu* ps = (struct stu*)malloc(sizeof(struct stu) + 40);
if (ps == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
ps->a = 100;
//使用空间
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
ps->arr[i] = i + 1;
}
//空间不够增容
struct stu* ptr = realloc(ps, sizeof(struct stu) + 60);
if (ptr == NULL)
{
perror("realloc");
return 1;
}
ps = ptr;
ps->a = 15;
for (i = 0; i < 15; i++)
{
printf("%d \n", ps->arr[i]);
}
//释放
free(ps);
ps = NULL;
return 0;
}6.3柔性数组的优势
上面的柔性数组也可以设计为：
struct str
{
int a;
int* arr;
};
int main()
{
struct str* ps = (struct str*)malloc(sizeof(struct str));
if (ps == NULL)
{
perror("malloc");
}
ps->a= 100;
ps->arr = (int*)malloc(40);
if (ps->arr == NULL)
{
perror("malloc ps->arr");
return 1;
}
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
ps->arr[i] = i + 1;
}
int* ptr = realloc(ps->arr, 60);
if (ptr != NULL)
{
ps->arr = ptr;
}
else
{
perror("realloc");
return 1;
}
for (i = 0; i < 15; i++)
{
printf("%d \n", ps->arr[i]);
}
free(ps->arr);
ps->arr = NULL;
free(ps);
ps = NULL;
return 0;
}上述两端代码都可以完成同样的功能，但是方法一的实现有两个好处：
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）