C语言 动态内存管理知识点（动态内存函数详解,以及常见错误）

目录

一、动态内存分配

1、为什么需要动态内存分配

2.动态内存函数的介绍

2.1    malloc 与 free函数的使用

2.2 calloc函数

2.3 realloc函数

二、动态内存应用中一些常见的错误

1.对NULL指针的解引用操作

2.对动态开辟空间的越界访问

3.对非动态开辟内存使用free释放

4.使用free释放一块动态开辟内存的一部分

5.对同一块动态内存多次释放

6.动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

---

一、动态内存分配

1、为什么需要动态内存分配

在之前的学习中我们已经掌握的内存开辟方式有：

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

但是上述的开辟空间的方式有两个特点：

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。

       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。

2.动态内存函数的介绍

栈区	局部变量 函数的形式参数
堆区	malloc/free calloc realloc 动态内存分配
静态区	全局变量 静态变量

此次我们要学习的动态内存分配相关内容都在堆区。

2.1    malloc 与 free函数的使用

C 语言提供了一个动态内存开辟的函数：

void* malloc (size_t size);

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。

另外一个函数 free ，专门是用来做动态内存的释放和回收的，函数原型如下:

void free (void* ptr);

free 函数用来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。

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。

注意：

1.如果程序结束，没有释放申请的动态内存，那么由操作系统自动回收

2.不释放并且程序也不结束，动态内存不会自己收回，会形成内存泄露的问题

示例代码如下：

#include
#include
#include 
#include
 
int main()
{
	//申请空间
	int * ptr = (int*)malloc(40);
	int* p = ptr;
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");//perror(s) 用来将上一个函数发生错误的原因输出到标准设备(stderr)。
		                 //参数 s 所指的字符串会先打印出，后面再加上错误原因字符串。
		return 1;
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		*p = i;
		p++;
	}
	//释放空间,从哪儿开始申请就从哪儿释放 
	free(ptr);
	ptr == NULL; //断开联系，避免之后非法访问
	
	return 0;
}

调试内存中

申请的空间赋值结束

 F10 执行下一行，全部释放

 

2.2 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

void* calloc (size_t num, size_t size)；

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 。

int main()
{
	//申请10个整型空间
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	
	return 0;
}

运行，调试内存

 

2.3 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。 函数原型 如下

void* realloc (void* ptr, size_t size);

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

此时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：原有空间之后没有足够大的空间

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。

int main()
{

	int* p = (int*)malloc(40);

	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + 1) = i;
	}
	//空间不够，希望放20个元素，扩容，那就是80字节
	int* ptr = (int*)realloc(p, 80);
	if (ptr != NULL)
	{
		p = ptr;
	}
	
	return 0;
}

二、动态内存应用中一些常见的错误

注意：以下均为错误示范

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);
}

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);
}

忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄漏。

动态开辟的空间一定要释放，并且正确释放