【C语言进阶(八)】动态内存管理

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1. 前言

本章目标:

本篇文章
着重讲解动态内存
管理的四个函数

前期准备:

内存可以大致分为几个区域:

• 栈区: 存放局部变量,函数
• 堆区: 存放动态开辟的空间
• 静态区 : 全局变量,static修饰变量
• 代码区: 常量字符串

今天的主角就是在堆区申请空间的:
动态内存管理!

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2. 为什么要学动态内存管理?

我们平常使用数组时:

int arr[6]={1,2,3,4,5,6};

这是在栈区开辟的空间
并且它的大小是固定的,被初始化成6

原因一:

很多情况下,我们需要的空间大小
在程序运行后才知道,此时数组不管用了
只能尝试使用动态内存管理的方式了!

原因二:

在做题时经常遇见需要手动动态
开辟空间的题目,且在笔试中也经常考察

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3. 动态内存管理函数介绍

动态内存管理有四个函数:

1. malloc
2. calloc
3. realloc
4. free

这些函数定义在头文件: stdlib.h中

前两个是用于开辟空间的
realloc是用于扩容的
而free是释放空间的

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4. malloc函数详细介绍

先看它在cplusplus上的定义:

我直接把要点翻译过来:

• 功能:它向内存申请一块连续可用的空间
   
• 申请空间成功就返回指向这块空间的指针
   
• 申请空间失败就返回空指针NULL
   
• 返回类型是void*
  它可以申请任一类型的空间
   
• 参数size的单位是字节
  开辟size个字节的空间

需要注意的地方:

1. 它的返回类型是void*,你在开辟空间时
   应强制类型转换成你要开辟的空间的类型

struct S
{
  int a;
  char cc;
  double d;
};

int* p = (int*)malloc(40);
char* arr = (char*)malloc(10);
struct S* ss = (struct S*)malloc(20);

总结:开辟什么类型的空间就强转成什么

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2. malloc有可能申请空间失败
   所以每次开辟空间后要判断指针是否为空
   若指针为空应该直接终止掉程序

int* p = (int*)malloc(40);
if(p == NULL)
{
	printf("动态申请失败");
	exit(-1)//退出程序
}
else //不为空再去使用它
{
	//......
}

总结:每次开辟空间后要判断空指针

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5. free函数详细介绍

先看free在官网上的定义:

将要点翻译过来:

• free用于释放动态开辟的空间
   
• 参数ptr指向的空间必须是动态开辟的
   
• 若ptr是空指针,则free函数什么都不做

需要注意的地方:

1. free释放的空间必须在堆区
   也就是必须是动态开辟的内存

//堆区开辟的空间
int* p = (int*)malloc(40);
//栈区开辟的空间
int arr[4] = {1,2,3,4};
//正确的用法
free(p);
//错误的用法
free(arr);

总结:free释放的空间必须在堆区

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2. 被free释放后的空间就还给操作系统了
   但是指针还是指向已经释放的空间
   所以在free释放掉一块空间后
   还要将指针赋值为空才安全

int* p = (int*)malloc(40);
free(p);
p = NULL;

总结:释放掉空间后记得要置空

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6. calloc函数详细介绍

先看calloc的定义:

重点翻译:

• 参数num是要开辟的空间个数
   
• 参数size是每份空间所占字节数
   
• calloc不仅会开辟空间
  还将所有数据初始化为0
   
• 它和malloc的区别就是前者会初始化

使用举例:

//开辟10个整型空间
int* p = (int*)calloc(10,sizeof(int));
if(p == NULL)
{
	printf("开辟失败");
	exit(-1);
}
else
{
	//......
}

可以在不同场景选择使用
malloc或者calloc

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7. realloc函数详细介绍

先看realloc的定义:

重点翻译:

• 参数ptr是指向要扩容的空间的指针
• 参数size是扩容后空间总大小
  单位是字节
• 返回值为扩容之后的内存起始位置
• 此函数在调整原先空间大小的基础上
  还会将原先空间的内容拷贝过来

需要注意的地方:

1. realloc扩容的空间必须在堆区

int* p = (int*)malloc(40);
int arr[4]={1,2,3,4};
//正确用法
int* pp = (int*)realloc(p,60);
//错误用法
int* parr = (int*)realloc(arr,30);

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2. 若参数ptr是空指针NULL
   则realloc的功能相当于malloc

int* p = NULL;
int* pp = (int*)realloc(p,40);

此时的realloc相当于malloc

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3. realloc扩容后,原先指向
   这块空间的指针会自动置空
   不需要再手动置空

int* p = (int*)malloc(40);
int* pp = (int*)realloc(p,60);

free(pp);
pp=NULL;

总结:realloc扩容后,原先的指针可以不管

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8. 总结以及拓展

动态开辟的内存在堆区上
而我们定义的指针却在栈区上
所以可以这样理解这个过程:

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下期预告:常见动态内存错误