【C语言进阶】动态内存管理
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目录
一、动态内存函数的介绍
1.1malloc和free函数
malloc函数的使用：
1.2calloc函数
calloc函数的使用：
1.3realloc函数
realloc函数的使用：
二、常见的动态内存的错误
2.1对NULL指针的解引用操作
2.2对动态开辟空间的越界访问
2.3对非动态开辟内存使用free释放
2.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分
2.5对同一块动态内存多次释放
2.6动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
三、经典例题分析
3.1题目1
3.2 题目2
3.3题目3：
四、C/C++程序的内存开辟
五、柔性数组
5.1什么是柔性数组
5.2柔性数组的特点
5.3柔性数组的使用
5.4柔性数组的优点
前言：现在我们掌握的内存开辟方式开辟的空间都是固定的，但是对于空间的需求，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。 这时候就要使用动态内存开辟了。
一、动态内存函数的介绍
1.1malloc和free函数
C语言提供的动态内存开辟的函数malloc：
void* malloc (size_t size);
malloc函数的功能：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。
参数：要申请内存块的大小，单位是字节。
返回值：内存申请成功时，返回分配的内存块的起始地址。不确定返回值的类型，定义成void*。
malloc函数的使用：
#include
#include
int main()
{
//开辟一个有10个元素的数组
int* p = (int*)malloc(40);
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d\n", *(p + i));
}
return 0;
} 
注意：
1.空间可能开辟失败，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。
2.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。
3.malloc申请到空间后，直接返回这块空间的起始地址，不会初始化空间的内容。
malloc申请的空间在程序没有退出时，时不会主动还给操作系统的，只有退出程序，才会还给操作系统，所以我们要使用free函数来释放。
C语言提供了函数free，专门是用来做动态内存的释放和回收的：
void free (void* ptr);
free函数的使用：
int main()
{
//开辟一个有10个元素的数组
int* p = (int*)malloc(40);
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}注意：
使用free函数释放空间后，p指向这块空间没用了，就变成野指针，所以我们在释放空间后，要将p置为空指针。
如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做。
free只能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。
int a=10;
int* p=&a;
free(p); //err
p=NULL:1.2calloc函数
C语言还提供了一个函数叫calloc ， calloc 函数也用来动态内存分配。
void* calloc (size_t num , size_t size);
calloc函数的功能：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。
参数：
num：要分配的元素数
size：每个元素的大小
calloc函数的使用：
int main()
{
int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
if (p == NULL)
{
perror("calloc");
return 1;
}
//打印数据
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", p[i]);
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
要的空间太大就会开辟失败：
1.3realloc函数
C语言提供的动态内存开辟的函数realloc：
void* realloc (void* ptr, size_t size);
参数：
ptr：要调整的内存地址，以是一个空指针
size：调整之后新大小
返回值：调整之后的内存起始位置（该内存块可能与旧位置相同，也可能是新位置）
realloc函数的使用：
int main()
{
int* p = (int*)malloc(40);
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
p[i] = i + 1;
}
int* ptr = (int*)realloc(p, 80);
if (ptr != NULL)
{
p = ptr;
}
else
{
perror("realloc");
}
//打印数据
for (i = 0; i < 20; i++)
{
printf("%d ", p[i]);
}
free(p);
p=NULL;
return 0;
}注意：
realloc有开辟失败的可能，如果用p接收，返回空指针，malloc开辟的空间无法释放，会造成数据泄露，所以我们创建一个ptr来就收realloc返回的地址，如果返回的不是空指针就赋值给p。
realloc在调整内存空间的两种情况：
1.原有空间之后有足够大的空间
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。
2.原有空间之后没有足够多的空间
在堆空间上另找一个合适大小的连续空间来使用，把旧的数据拷贝到新的空间中。会将旧的空间释放掉，返回新的地址 。
二、常见的动态内存的错误
2.1对NULL指针的解引用操作
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);
}如果空间开辟失败返回空指针，我们对空指针解引用，程序就会出现错误。所以我们要判断返回的是否为空指针。
代码修改：
int* p = (int*)malloc(40);
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
*p=20;
free(p);2.2对动态开辟空间的越界访问
只有10个整型的空间，确访问了20个整型的空间，越界访问。
2.3对非动态开辟内存使用free释放
int a=10;
int* p=&a;
free(p); //err
p=NULL:2.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分
循环结束后，p指向的不是起始位置。无法释放一部分空间，必须从起始位置释放。
2.5对同一块动态内存多次释放
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
free(p);
free(p);//重复释放
}
2.6动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
if(NULL != p)
{
*p = 20;
}
}
int main()
{
test();
while(1);
return 0;
}
动态申请的内存空间不会因为出了作用域自动销毁。
只有两种销毁方式：
1.free
2.程序结束
三、经典例题分析
3.1题目1
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;
}运行程序时，会报出错误，这是什么原因呢。
1.对NULL指针进行解引用操作，程序会崩溃。
2.没有释放空间，存在内存泄漏问题。
3.2 题目2
char *GetMemory(void)
{
char p[] = "hello world";
return p;
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
str = GetMemory();
printf(str);
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
可以用static修饰变量p，使p的声明周期变长。
3.3题目3：
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;
}
四、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。
五、柔性数组
5.1什么是柔性数组
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：
typedef struct st_type
{
int i;
int a[0];//柔性数组成员
}type_a;注意：柔性数组这个结构中，柔性数组前至少有一个成员。
5.2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。
5.3柔性数组的使用
我们开辟好空间后，发现空间不够用，我们可以使用realloc增容。
struct S
{
int n;
int arr[];
};
int main()
{
struct S* p = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 40);
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
p->n = 100;
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
p->arr[i] = i + 1;
}
//释放
free(p);
p = NULL;
}
替代柔性数组：
struct S
{
int n;
int* arr;
};
int main()
{
struct S* p = (struct S*)malloc(sizeof(struct S));
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
p->n = 100;
p->arr = (int*)malloc(40);
if (p->arr == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
p->arr[i] = i + 1;
}
//增容
int* ptr = (int*)realloc(p->arr, + 60);
if (ptr == NULL)
{
perror("realloc");
return 1;
}
p->arr = ptr;
for (i = 0; i < 15; i++)
{
printf("%d ", p->arr[i]);
}
//释放
free(p->arr);
p->arr = NULL;
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
要先释放里面的，再释放外面的。如果先把p释放了，就找不到arr的地址了。
5.4柔性数组的优点
我们上面的代码二，可以完美的替代柔性数组的功能，却为什么还是创造除了柔性数组呢。在这就要说到柔性数组的优点：
1.内存方便释放
在柔性数组中，我们只使用了一次malloc，方法二中使用了两次malloc，容易造成忘记释放，没有都释放或释放顺序错误的问题。
2.访问速度快，节省空间
多次开辟空间，内存与内存之间的内存碎片会很多，不内存的利用率就会变低。同时，连续的内存有益于提高访问速度。
本次的内容到这里就结束啦。希望大家阅读完可以有所收获，同时也感谢各位读者的支持。文章有问题可以在评论区留言，博主一定认真认真修改，以后写出更好的文章。