C语言动态内存详解
动态内存开辟和扩容
- 动态内存介绍
- malloc
- calloc
- realloc
- 动态内存常见错误
- 动态内存面试题
- 柔性数组
动态内存介绍
在C语言中，要想开辟一块空间，比如说数组，变量，但是不论是数组还是变量，在制定数据类型并定义好后，都不能改变大小。
在定义好变量和数组之后，变量和数组的大小是不能被改变的。
假如我们开辟了40个字节的数字，当数组被数据放满后再想添加数据怎么办呢？在C语言中有一个概念叫做动态内存，我们知道数组名代表的就是数组的地址，数组就是在内存中开辟一块连续的空间，而动态内存就是在内存中开辟一块空间，然后把这块空间的地址返回给一个指针接收，当这块动态内存不够用时，我们可以对它进行扩容，可以理解成可以变长的数组。
malloc
malloc的定义：
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。
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。
开辟好内存的首地址 malloc(要开辟的字节个数)
如果开辟成功返回内存的首地址，开辟失败返回NULL
这里返回的是void*的指针，接收地址需要进行强制类型转换
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#includefree：
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。
动态内存和数组的释放：
数组在程序结束后，会自动销毁，然后把内存返回给操作系统，而使用动态内存开辟的空间是需要free函数来手动释放的，在释放完动态内存后，而指针p却还存着之前开辟空间的地址，而之前的空间已经被释放，这个时候p就成为了野指针，所以需要将p置为空。
而不论是malloc，calloc还是realloc，都需要和free配对，也就是说只要使用了动态内存，就要使用free，不然就会造成内存泄漏。
错误示范：
int arr[10];
arr = (int*)malloc(20);
这样的代码是贬义不过去的，虽然arr代表的数组的地址，而malloc的返回值也是一个地址，但是，arr在创建好之后，地址是不能被改变的，而由malloc开辟的动态内存地址在后期是可以改变的。
calloc
calloc的定义：
开辟好内存的首地址 calloc(要开辟多少个元素，元素的大小)
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
malloc和calloc在使用上是很相似的，区别就是malloc只能制定开辟多少个字节，calloc可以制定开辟多少个元素，并且初始化成0.
realloc
realloc的定义：
开辟好内存的首地址 calloc(地址，扩容后的大小)
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的作用：
在使用malloc或者calloc后，想要扩容内存，这个时候就要用到realloc
我们来调试看一下是否像上图说的那样开辟成功：
首先看到开辟好以后，里面是随机值：
开辟好的地址：
然后赋值：
扩容空间，后5位变成随机值：
再次赋值：
扩容完成后的地址：
扩容后返回的地址分两种情况：
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
我们俩画图演示一下：
情况1：
开辟好之后返回内存1原有的地址
情况2：
注意：内存和内存中间是有额外空间的，并不是挨着的
我们在vs上示范一下：
使用malloc开辟好的空间地址是：80 3a fa 64
在使用realloc扩容10000个字节后，原有空间后面的内存看到是不够的，这个时候会找一块新的大小合适空间拷贝过去，然后返回这个块空间的地址：
此时返回的地址变成了：10 e8 fa 64
动态内存常见错误
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);
}
2，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);
}
}
3，对非动态开辟内存使用free释放
void test()
{
int a = 10;
int *p = &a;
free(p);//ok?
}
4，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
}
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
}
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);
}
动态内存面试题
1,请问运行Test 函数会有什么样的结果?
void GetMemory(char *p)
{
p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(str);
strcpy(str, "hello world");
printf(str);
}
首先我们创建了一个 char类型的指针，赋为NULL,然后调用GetMemory函数，函数内部用一个指针接收，然后开辟一块100字节的动态内存，将地址存入p，这个时候在使用strcpy拷贝字符串到str中，注意这里的p是一个单独的指针，str传过去只是把NULL赋给了p，所以str里面还是NULL,而且在函数内部开辟的动态内存并没有被释放。
2,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);
}
在函数内部创建了一个数组，并且赋值，然后返回数组的地址，注意：函数在使用结束后，里面所创建的变量和数组都会被销毁，这个时候把p的地址传给str，str就成为了野指针。
3,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);
}
这里将str的地址传给一个二级指针来接收，二级指针解引用，就是str，将开辟好的100个字节的动态内存地址返回给str，然后再拷贝字符串。
但是没有释放动态内存。
4,请问运行Test 函数会有什么样的结果？
void Test(void)
{
char *str = (char *) malloc(100);
strcpy(str, "hello");
free(str);
if(str != NULL)
{
strcpy(str, "world");
printf(str);
}
}
这里将开辟的动态内释放后，但是str依旧存着之前的地址，这个时候str就成了野指针，再对它进行赋值，就会造成越界访问
柔性数组
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。
struct S
{
int a;
int b[];
};
在结构体中，最后一个数组可以不设置长度，或者将大小设置位0，这就叫做柔性数组。柔性数组不能单独放在结构体中，前面必须有其他变量或者数组。
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。
在使用sizeof对带有柔性数组的结构体计算大小的时候，柔性数组是不参与的，只会计算柔性数组之前的变量大小。
柔性数组的使用：
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include柔性数组扩容：
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include柔性数组的其他用法：
既然柔性数组是可以扩容的，那我们可以将柔性数组改成一个指针，再用这个指针进行malloc开辟动态内存，在使用realloc扩容：
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include以上就是动态内存的详解，如有错误，欢迎指正