动态内存管理

大家好，好久没和大家见面了，这段时间才空出来和大家一起学习，那么我们今天就来好好的学习动态内存管理。

目录

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

一.引言

为什么存在动态内存分配

我们已经学习过在栈空间上开辟空间，那么我们今天学习的动态内存开辟又有什么特点呢？

1. 空间开辟大小是固定的。
2. 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。

而且我们还要注意的是：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。

我们的动态内存管理是在堆区上申请空间的。

二.malloc函数

我们看到函数中的参数，函数中的参数是size_t和size，我们怎么理解呢，size就是我们要申请数据类型的大小，size_t就是我们要申请几个数据类型的空间。我们的函数数void*类型的，这就说明我们开辟的空间类型是不确定的，而且我们要注意的是如果我们的内存开辟成功那么返回一个指向开辟好空间的指针，如果我们开辟失败就返回一个空指针NULL，因此malloc的返回值一定要做检查，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。

那么我们怎么来使用该函数来开辟空间呢？

#include 
#include 
int main()
{
	//申请一块空间，用来存放10个整型
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
}

这样的话我们申请的一块空间用来存放10个整型就开辟好了。

三.free函数

free函数我们是用来放动态开辟的内存，我们看到它也是void*类型的，这就说明它可以释放任何类型的内存，我们的参数是一个指针类型的，所以我们的参数就是一个指针。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。

int main()
{
	//申请一块空间，用来存放10个整型
	//int* p = (int*)malloc(INT_MAX*4);
	int* p = (int*)malloc(10*sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}

	//free
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

这样我们就完成整个程序的设计，但是我们要知道的是free()的用处在于实时回收内存。如果你的程序很简单，那么你不写free()也没关系，在你的程序结束之前你不会用掉很多内存，不会降低系统性能；而你的程序结束之后，操作系统会替你完成这个工作。但你开始开发大型程序之后就会发现，不写free()的后果是很严重的。很可能你在程序中要重复10k次分配10M的内存，如果每次使用完内存后都用free()释放，你的程序只需要占用10M内存就能运行；但如果你不用free()，那么你的程序结束之前就会吃掉100G的内存。这其中当然包括绝大部分的虚拟内存，而由于虚拟内存的操作是要读写磁盘，因此极大地影响系统的性能。你的系统很可能因此而崩溃。

四.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

我们对malloc函数和calloc函数进行比较可以发现：

两个函数都可以申请空间但是我们申请的方式也不同，而且功能也不同，我们的calloc函数会对我们申请的空间初始化为0，而malloc不会初始化。

int main()
{
	int* p = calloc(10, sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror("calloc");
		return 1;
	}

	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		p[i] = i;
	}
	//打印
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d\n", *(p + i));
	}
	//释放
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

这里我们就简单的运用calloc函数来进行了动态内存的开辟。

五.realloc函数

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。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。
realloc在调整内存空间的是存在两种情况：
情况1：原有空间之后有足够大的空间
情况2：原有空间之后没有足够大的空间

那么我们在上一段代码的基础上进行realloc函数的操作：

int main()
{
	int* p = calloc(10, sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror("calloc");
		return 1;
	}

	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		p[i] = i;
	}
	//打印
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d\n", *(p + i));
	}
	//空间不够，希望调整空间为20个整型的空间
	int* ptr = (int*)realloc(p, 20*sizeof(int));
	if (ptr != NULL)
	{
		p = ptr;
	}
	//...
	
	//释放
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

我们可以看到我们这里对内存的大小进行了调整。将我们ptr指针扩充到了20个整型的空间并且将它给了指针p。最后我们要记得释放空间。

我们今天就分享到这里了。