一文带你了解动态内存管理
目录
动态内存存在的意义
动态内存函数的介绍
malloc和free
calloc
realloc
常见的动态内存错误
对NULL指针解引用操作
对动态开辟的空间的越界访问
对非动态开辟内存使用free释放
使用free释放一块动态开辟内存的一部分
对同一块内存多次释放
动态开辟内存忘记释放
经典的笔试题
C/C++程序的内存开辟
柔性数组
柔性数组的特点
柔性数组的使用
柔性数组的优点
动态内存存在的意义
int a = 10;
int arr[10] = { 0 };上面变量开辟的空间有两个特点：
空间开辟的大小是固定的
数组在声明的时候，必须指定数组的长度，它需要的内存在编译时分配
但是，我们有的时候空间的需要大小在程序运行的时候才知道，数组的编译是开辟空间的方式就不能满足了。这时候就需要动态内存开辟了。
动态内存函数的介绍
malloc和free
void* malloc (size_t size)
malloc函数向内存申请一块连续可用的空间，返回指向这块空间的指针。
注意：
如果开辟成功，则返回一个指向这块空间的指针。、
如果开辟失败，则返回一个空指针，使用malloc的返回值要做检查
返回值的类型是void*类型，malloc不知道开辟空间的类型，需要使用者自己来决定。
如果size为0，malloc的行为是属于标准未定义的
C语言还提供了另一个函数free，是用来释放动态内存的。
void free (void* ptr)
free函数是用来释放动态开辟的内存
如果参数ptr指向的不是动态开辟的空间，这种行为是标准未定义的。
如果参数ptr是NULL指针，则函数什么事都不会做
malloc和free的声明都在stdlib.h中
举个栗子：
要注意把ptr变为NULL，不然它就是野指针了
#include
#include
int main()
{
int arr[10] = { 0 };
int* ptr = (int*)malloc(40);
if (ptr == NULL)
return 1;
for (int i = 0; i < 20; i++)
{
*(ptr + i) = i;
}
free(ptr); //释放空间
ptr = NULL;//把ptr变为NULL，不然他是野指针
return 0;
} calloc
void* calloc (size_t num, size_t size）
calloc将num个大小为size的元素初始化为0
与malloc的区别在于calloc会在返回地址前将申请的空间全部初始化为0
int main()
{
int* ptr = (int*)calloc(10, sizeof(int));
if (ptr == NULL)
return 1;
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d\n",*(ptr + i));
}
free(ptr);
ptr = NULL;
return 0;
}
realloc
void* realloc (void* ptr, size_t size)
realloc的出现可以让动态内存管理变得更加灵活。有时我们会发现过去申请的空间太小了，又有时觉得太大了。为了合理管理内存，我们一定会对内存的大小进行调整。realloc就可以做做到对动态开辟内存大小地调整。
ptr是要调整内存地地址
size是调整后的大小
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，会将原空间上的数据移动到新的空间
realloc在调整原内存空间有两种情况：
1 原有空间之后有足够大的空间
2 原有空间之后没有足够大的空间
情况一：要扩展内存的时候就直接在原有内存后面追加空间，原来空间的数据不发生变化。
情况二：原有空间之后没有足够的空间时，会在对堆上找另一块空间来使用，函数返回的就是这个新的内存地址。
栗子：
int main()
{
int* p = (int*)malloc(40);
if (p == NULL)
return 1;
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
*(p + i) = i;
}
int* ptr = (int*)realloc(p, 50);
if (ptr == NULL)
return 1;
p = ptr;
ptr = NULL;
for (int i = 0; i < 20; i++)
{
printf("%d ", *(p + i));
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}常见的动态内存错误
对NULL指针解引用操作
void test()
{
int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);
*p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
free(p);
}这里没有对p进行判断，如果malloc申请空间失败的话，他就会为空指针，对空指针解引用就会出现问题。
对动态开辟的空间的越界访问
void test()
{
int i = 0;
int *p = (int *)malloc(10*sizeof(int));
if(NULL == p)
{
exit(EXIT_FAILURE);
}
for(i=0; i<=10; i++)
{
*(p+i) = i;//当i是10的时候越界访问
}
free(p);
}观察代码我们发现，当i等于10时，会越界访问，导致不可控的因素。
对非动态开辟内存使用free释放
void test()
{
int a = 10;
int *p = &a;
free(p);
}使用free释放一块动态开辟内存的一部分
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
p++;
free(p);//p不再指向动态内存的起始位置
}p指针移动后释放会导致一部分内存无法释放
对同一块内存多次释放
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
free(p);
free(p);//重复释放
}动态开辟内存忘记释放
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
if(NULL != p)
{
*p = 20;
}
}
int main()
{
test();
while(1);
}忘记释放动态开辟的内存这样会导致内存泄露，使这部分内存无法再使用
经典的笔试题
void GetMemory(char *p)
{
p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(str);
strcpy(str, "hello world");
printf(str);
}这段代码里面的str是传值调用，这函数将str重新拷贝了一份，函数接受这个函数就销毁了，str还是NULL，则strcpy不能使用，printf也打印不出
char *GetMemory(void)
{
char p[] = "hello world";
return p;
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
str = GetMemory();
printf(str);
}这里返回的p是野指针，因为出了函数p开辟的空间就销毁了，p指向的内容是未知的，打印出来的内容也是未知。
void GetMemory(char **p, int num)
{
*p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(&str, 100);
strcpy(str, "hello");
printf(str);
}这里虽然是传址调用，但是到最后它没有将开辟的空间释放掉，导致内存泄露。
void Test(void)
{
char *str = (char *) malloc(100);
strcpy(str, "hello");
free(str);
if(str != NULL)
{
strcpy(str, "world");
printf(str);
}
}这里是提前释放了空间，让后面的拷贝的地址后没有地方被他们存放
C/C++程序的内存开辟
内存分配的区域：
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 。
柔性数组
struct st_type
{
int i;
int a[0];//柔性数组成员
};struct st_type
{
int i;
int a[];//柔性数组成员
};有些编译器可以使用第一种方法，有些可以使用第二种方法
柔性数组的特点
结构体中的柔性成员前面至少得有一个其他的成员
sizeof求这种结构的大小不会包括柔性数组
包括柔性数组成员的结构用malloc进行动态内存分配的时候，分配的内存应该大于结构体的大小，以便适用柔性数组的预期大小
typedef struct st_type
{
int i;
int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
printf("%d\n", sizeof(type_a));//输出的是4柔性数组的使用
typedef struct st_type
{
int i;
int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
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);这个柔性数组，相当于获得了100个整型的连续空间
柔性数组的优点
上面的代码其实也可以这样设计：
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;