C语言中动态内存管理

前言：为什么存在动态内存分配，为什么要用动态内存分配，动态内存分配的意义。鸡汤：有了坚持不一定成功,但没有坚持，就注定失败，各位也要努力坚持提升自己！

为什么存在动态内存分配？
我们已经知道的内存开辟方式有：

int val = 20;//在栈空间上开辟四个字节
char arr[10] = {0};//在栈空间上开辟10个字节的连续空间

但是上述内存开辟的方式有俩个特点：

• 空间开辟的大小是固定的
• 数组在申明的时候，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。

动态内存函数：malloc与free

malloc函数

C语言提供了一个动态内存开辟的函数：
我们可以通过之前给定查找库函数的网站去看看malloc的作用

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。
①如果开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针。
②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。
③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。
④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
C语言库函数查找

不仅如此C语言还专门提供了一个库函数free专门用来做动态内存释放和回收的。

free函数

free函数用来释放动态开辟的内存。
①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。
②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。
当然，如果我们只看文字的话肯定是不能透彻的理解这些库函数的，上例题来讲解。
例题：

int main()
{
	//代码1
	int num = 0;
	scanf("%d", &num);
	int arr[num] = { 0 };//显然这种方式是无法实现动态内存的
	//在c语言中是没有变长数组的概念，在数组中的必须是常量
	//代码2
	int* ptr = NULL;
	ptr = (int*)malloc(num * sizeof(int));//通过使用malloc开辟num个整型的空间
	if (NULL != ptr)//判断ptr指针是否为空
	{
		int i = 0;
		for (i = 0; i < num; i++)
		{
			*(ptr + i) = 0;//将数组中的所有值全部赋值为0
		}
	}
	free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存
	ptr = NULL;//如果不及时释放所开辟的空间，并指向空指针容易造成野指针的状况
	return 0;
}

calloc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。

① 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。
②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。
当然我们依然要在实战中来运用。

例题：

int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));//开辟10个整型的空间
	if (NULL != p)
	{
		for (int i = 0; i < 10; i++)
		{
			printf("%d\n", *p);//打印开辟空间的值
		}
	}
	free(p);//释放开辟的空间
	p = NULL;//
	return 0;
}

我们来看看运行结果是不是自动把开辟的空间初始化成了0
运行结果：

与此同时，我们在看看用malloc开辟看看会不会也有初始化

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (NULL != p)
	{
		for (int i = 0; i < 10; i++)
		{
			printf("%d\n", *p);
		}
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}
 

运行结果：

此时我们发现，使用malloc开辟空间并没有对开辟空间的值进行初始化。此时很多读者想问那他们在开辟空间的时候有什么区别吗？区别就在于使用者在使用的时候有什么需求，就去用什么。

realloc函数

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。
①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，那为了合理的分配内存，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。
②ptr 是要调整的内存地址
③size 调整之后新大小
④返回值为调整之后的内存起始位置。
⑤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：
Ⅰ：情况1：原有空间之后有足够大的空间
Ⅱ：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。
当然口头是上的讲解总是晦涩难懂的，我们来看例子。
例题：

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);//这样可以吗？(如果申请失败会如何？)
    //没有判断是否会开辟失败
    //代码2
    int* p = NULL;
    p = realloc(ptr, 1000);//调整空间
    if (p != NULL)//判断是否会开辟成功
    {
        ptr = p;
    }
    //业务处理
    free(ptr);
    return 0;
}

来吧看看讲解，把它分为俩总情况：

常见的动态内存错误

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
 //因判断是否为空指针，不然就是对空指针的赋值
 free(p);
}

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);
}

对非动态开辟内存使用free释放

void test()
{
 int a = 10;
 int *p = &a;
 free(p);//只能对不是动态内存的空间进行释放
}

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，只释放了部分空间
}

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,对同一块空间进行了重复的释放
}

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();//在调用这个函数时，空间未得到及时释放，可能会导致内存泄露
	while (1);
}

几个经典的笔试题

例题：请问运行Test 函数会有什么样的结果？

void GetMemory(char* p)
{
	p = (char*)malloc(100);//没有及时释放内存
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(str);//此时str仍然是空指针
	strcpy(str, "hello world");//对空指解引用，导致程序崩溃
	printf(str);
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

代码分析：

各位来看图，我们传过去的是str（即str指向的那块空间），此时p接受的就是这一块空间，对这块空间的引用与扩容并没有真的是使&str这块空间的地址增加，而是让NULL这块空间增加，因此我们的str始终指向的是NULL这块空间

对它进行正确的修改

//代码的修改
void GetMemory(char** p)//用二级指针来接受一级指针的地址
{
	*p = (char*)malloc(100);//将str的地址指向开辟的空间
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(&str);
	strcpy(str, "hello world");
	printf(str);
	free(str);
	str = NULL;
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

例题：请问运行Test 函数会有什么样的结果？

char* GetMemory(void)
{
	char p[] = "hello world";
	return p;
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	str = GetMemory();
	printf(str);
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

代码分析：

随着GetMemory函数的销毁，p所指向的那块空间也被销毁，此时p变成了野指针，因此str就是对野指针的引用

例题：请问运行Test 函数会有什么样的结果？

void GetMemory(char **p, int num)
{
 *p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{
 char *str = NULL;
 GetMemory(&str, 100);
 strcpy(str, "hello");
 printf(str);
}

代码分析：

在开辟完空间后，与使用该空间，没有及时释放该空间，而导致的内存泄漏。

今天的内容就讲到这里了，如果有讲的不好的地方希望各位多多指出。