深度解剖动态内存管理

> 作者简介：დ旧言~，目前大一，现在学习Java，c，c++，Python等
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前言

我们最初的认识的C语言代码都是静态的，无法实现动态管理。说到这里我们想想，动态内存管理有何意义，不难猜出，当我们需要申请一块空间时，多了我们换回去，少了我们再次申请空间，达到一个动态内存管理，想到这些动作，该如何实现捏，学完本章知识，相信对动态内存管理能了如指掌。

 主体

咱们分三块知识点来讲解，一个是动态内存函数的介绍，常见的动态内存错误，c/c++程序的内存开辟。废话不多说，走起。

动态内存函数的介绍

malloc函数

 malloc申请到空间后直接返回这块空间的起始位置地址，不会初始化空间的内容。这里我们看看malloc函数的参数和返回值。

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。

（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。）

free函数

 free函数专门是用来做动态内存的释放和回收的。

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。

举个栗子

#include 
#include

int main()
{
	//代码1
	int num = 0;
	scanf("%d", &num);
	int arr[num] = { 0 };
	//代码2
	int* ptr = NULL;
	ptr = (int*)malloc(num * sizeof(int));
	if (NULL != ptr)//判断ptr指针是否为空
	{
		int i = 0;
		for (i = 0; i < num; i++)
		{
			*(ptr + i) = 0;
		}
	}
	free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存
	//别忘记置空
	ptr = NULL;
	return 0;
}

calloc函数

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 。

所以如何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

举个栗子：

#include 
#include 
int main()
{
	int* p = (int*)calloc(20, sizeof(int));
	if (NULL != p)
	{
		//使用空间
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

看使用空间的内存分布：

 realloc函数

        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。

当然 realloc 在调整内存空间的是存在两种情况：

举个栗子

#include 
#include

int main()
{
	int* ptr = (int*)malloc(100);
	if (ptr != NULL)
	{
		//业务处理
	}
	else
	{
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	//扩展容量
	//代码1
	ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);

	//代码2
	int* p = NULL;
	p = realloc(ptr, 1000);
	if (p != NULL)
	{
		ptr = p;
	}
	//业务处理
	free(ptr);
	return 0;
}

常见的动态内存错误

如果我们对动态管理操作不当，会产生一些问题，那我们动态内存的错误有那写呢，我们总结了6个方面，让我们仔细看看到底有哪些错误。

 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);
}

这里只 开辟空间，但是空间是空的（NULL），因此会出现解引用操作出错的问题。

  对动态开辟空间的越界访问

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);
}

当 i 为10时，就发生越界访问。

对非动态开辟内存使用free释放

void test()
{
	int a = 10;
	int* p = &a;
	free(p);
}

p是一个非动态内存，因此不可以使用free。

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
}

因为p++，p就不再指向动态内存的起始位置。

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
}

这里重复对P释放。

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);
}

这里忘记对P空间释放

C/C++程序的内存开辟

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。

知识拓展

柔性数组： 也许你从来没有听说过 柔性数组（ flexible array ） 这个概念，但是它确实是存在的。

C99 中，结构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。

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。

举个栗子

typedef struct st_type
{
    //至少一个其它成员
	int i;
    //不需要开辟空间
	int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
printf("%d\n", sizeof(type_a));//输出的是4

柔性数组的优点：

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）

 结束语

今天内容就到这里啦，时间过得很快，大家沉下心来好好学习，会有一定的收获的，大家多多坚持，嘻嘻，成功路上注定孤独，因为坚持的人不多。那请大家举起自己的小说手给博主一键三连，有你们的支持是我最大的动力，回见。