C语言动态内存管理

为什么存在动态内存分配

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。

​ ⒉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。

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动态内存函数的介绍 (#include )

malloc

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。

• 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。

//动态内存开辟
int main()
{
    int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));	//开辟10个int类型的连续空间
	//如果开辟失败
	if (p == NULL)
	{
		perror("main");
		return 0;
	}
	//开辟成功，使用
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);	//p[i] == *(p+i)
	}
	//自己释放空间
	free(p);	//只是把p指向的10个int类型的连续空间还给系统，但p指针并没有置空
	p = NULL;	//防止使用*p去访问被释放的空间，需要手动将指针p置空
}

free

C语言提供了另外一个函数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。

calloc

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。原型如下:

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的区别只在于两者的参数不同，以及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，其余完全相同。

realloc

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三种情况:

​ 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

​ 情况3：无法开辟更大的空间，返回NULL

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，返回的就是原来的地址。

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。

其详细步骤可分为：

1. 另找到一个合适大小的连续空间
2. 把原来空间中的内容拷贝到新空间中
3. 释放原来的空间
4. 返回新空间的内存地址

由于上述的三种情况，realloc函数的使用就要注意一些。

int main()
{
    int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));	//开辟10个int类型的连续空间
	//如果开辟失败
	if (p == NULL)
	{
		perror("main");
		return 0;
	}
    int* ptr = (int*)relloc(p,20*sizeof(int));	//使用relloc增加内存空间
    if(ptr != NULL)
    {
        p = ptr;			//使p指针依然指向新增加的空间
    }
	//自己释放空间
	free(p);	//只是把p指向的10个int类型的连续空间还给系统，但p指针并没有置空
	p = NULL;	//防止使用*p去访问被释放的空间，需要手动将指针p置空
}

int* p = (int*)realloc(NULL,40);//这里功能类似于malloc，就是直接在堆区开辟40个字节

动态内存分配常见错误

1.对NULL指针的解引用操作

int* p = (int*)malloc(1000000000);
*p = 1;		//如果malloc函数申请空间失败，则p的值是NULL，对p进行解引用就会有问题
free(p);
p = NULL；

2.对动态开辟空间的越界访问

int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (p == NULL)
{
	return 0;
}
int i = 0;
for (i = 0; i < 40; i++)	//越界访问	只开辟了10个int类型的连续空间，却要访问40个
{
	*(p + i) = i;
}
free(p);
p = NULL；

3.对非动态开辟内存使用free释放

int arr[10] = {0};	//在栈区申请的空间
int* p = arr;
free(p);		//使用free释放非动态开辟的空间
p = NULL;

4.使用free释放块动态开辟内存的一部分

int* p = (int*)malloc (10 * sizeof(int));
if (p == NULL)
{
	return 0;
}
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++)
{
	*p++ = i;		//错误1：p指针向后移动之后，无法找到连续空间开始部分的地址
}
free (p);			//错误2：p指针向后移动5个int型地址后，使用free函数只是释放了后面部分的空间，前面的空间并没有释放
p = NULL;

5.对同一块动态开辟的空间，进行多次释放

int* p = (int*)malloc (10 * sizeof(int));
//使用...
free(p);	//释放
free(p);	//再次释放，程序一运行就会出错崩溃

​ 避免这种错误做法：

int* p = (int*)malloc (10 * sizeof(int));
free(p);
p = NULL;		//在释放后将指针p置成NULL
free(p);		//再次误操作释放时，p的值为NULL,而free函数参数如果为空，则函数什么事都不做

6.动态开辟的空间忘记释放（内存泄漏）

void test()
{
	int *p = (int *)malloc(100);
	if(p != NULL)
	{
		*p = 20;
	}
}	/*在test函数内部定义的指针p出了作用域就自动销毁了，但由其指向的动态开辟空间却没有提前释放，函数退出时就再也找不到
	动态开辟的空间，便造成了内存泄漏，这是比较严重的问题，在开发中要注意避免*/

int main()
{
	test();
	//使用...
	return 0;
}

ps：如果是7x24小时运行的服务器出现内存泄漏，每次都泄漏一点内存，不久后服务器便会宕机，只有重启才能恢复运行

动态开辟的空间，两种回收方式：

1. 主动调用free函数释放
2. 程序运行结束自动释放