c语言-动态内存管理
文章目录
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- 一、为什么会有动态内存管理
- 二、申请内存函数
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- 1、malloc
- 2、free
- 3、calloc
- 4、realloc
- 三、常见的动态内存的错误
- 四、练习
一、为什么会有动态内存管理
1.我们一般的开辟空间方式：
int a = 0;//申请4个字节空间
int arr[10] = { 0 };//申请40个字节空间
2.这样开辟空间的特点
（1）申请的空间大小是固定的
（2）像数组那样一开始就要确定大小，一旦确定大小就不能改变了
3.动态内存
对于程序来说上述的内存申请是不能满足 因此为了能够对内存进行调整，C语言引入了动态内存开辟，让程序员自己可以申请和释放空间，就比较灵活了。
二、申请内存函数
以下动态申请的内存都是向堆区申请的，
并且都申请内存的函数和释放函数都包含在头文件 ：#include
1、malloc
（1）返回类型和参数：
void* malloc(size_t size);//返回类型为 void* ，参数为正整数单位是字节
因为返回类型为 void*，所以在malloc函数是不知道我们想要申请什么类型的空间，面对这种情况我们要将返回的类型进行强制类型转换，这样就能返回我们需要的类型了，参数是申请的大小
（2）作用：
向内存申请一块连续的空间，并返回指向这块空间的的指针
（3）注意：
a.在申请完之后我们还要判断是否成功申请
当申请失败时会返回NULL
当申请成功后就返回指向这块空间的的指针，这样可以正常使用这块空间了
b.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
（4）使用：
int main() {
int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);//向内存申请40个字节空间
if (p == NULL)//判断是否申请成功
return 1;//失败直接放回
for (int i = 0; i < 10; i++)//成功就正常使用
*(p + i) = i;
for (int i = 0; i < 10; i++)//打印
printf("%d ", *(p + i));
return 0;
}
运行结果：
2、free
（1）返回类型和参数：
void free( void* p)//参数为向动态内存申请的空间的指针，返回类型为空
（2）作用：
专门进行对动态内存的释放和回收
（3）注意：
a.当释放的内存不是动态开辟的，这是free未定义的
b.当p是NULL时，free函数什么事都不发生
c.当我们将p指向的空间释放后，要将p置空，不然p就成野指针了
（4）使用
在我们上一个代码中，并未对malloc函数开辟的空间进行释放，其实这是不对的，这会造成内存泄漏。 那么我们就来用一下free函数吧
int main() {
int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);//向内存申请40个字节空间
if (p == NULL)//判断是否申请成功
return 1;//失败直接放回
for (int i = 0; i < 10; i++)//成功就正常使用
*(p + i) = i;
for (int i = 0; i < 10; i++)//打印
printf("%d ", *(p + i));
free(p);//释放
p = NULL;//及时置空，防止出现野指针
return 0;
}
这样代码才算完整。
3、calloc
（1）返回类型和参数：
void *calloc(size_t n,size_t size);
返回类型为 void* ，所以和malloc一样想要什么类型的空间就进行强制转换类型即可，第一个参数为申请的个数，第二个参数为申请的类型的空间大小（单位为字节）
（2）作用：
申请一块连续的空间，并将空间的内容全部初始化为0，然后返回指向这块空间的指针
(3)注意：
a.在申请完之后我们还要判断是否成功申请
当申请失败时会返回NULL
当申请成功后就返回指向这块空间的的指针，这样可以正常使用这块空间了
b.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.与malloc的区别就是calloc会将申请的空间初始化，这样使用时更方便
（4）使用：
int main() {
int* p = (int*)calloc(10,sizeof(int));//申请
if (p == NULL) {//判断
printf("NULL");
return 1;
}
//使用
for (int i = 0; i < 10; i++)
*(p + i) = i;
for (int i = 0; i < 10; i++)
printf("%d ", *(p + i));
free(p);//同样的释放空间
p = NULL;//置空
return 0;
}
运行结果：
4、realloc
（1）返回类型和参数：
void *realloc(void * p ,size_t size);
返回类型为 void* 所以和calloc一样想要什么类型就强制类型转换，第一个参数p为指向想要的改变的空间的 指针，第二参数为改变的大小（单位为字节）
（2）作用：
在原来的动态内存的空间上增大或者缩小，并返回改变后指向新的空间的指针
（3）注意：
a.开辟失败返回空指针
b.开辟的新的空间时有两种开辟的方式，第一种是我们原本的空间后面有足够的空间，那样直接在原来的空间后面扩容，第二种是我们原本的空间后面没有足够的空间，那样的话，系统就会在内存上找一块适合的空间重新开辟，并将原来空间的内容复杂过去，再将原来的空间销毁。
由于开辟的情况有两种，所以我们使用时要注意开辟空间失败这种情况
如：我们使用了第二种情况开辟空间、并直接用原来的指针去接收指向开辟的空间的指针，如果开辟失败的话返回NULL，这导致原来的数据会丢失。
所以为了解决这个隐患，我们可以重新定义一个指针来接收，判断不为空再将该指针赋给原来的指针。
图：
（4）使用：
int main() {
//先用动态内存开辟一个空间
int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
if (p == NULL)
return 1;
for (int i = 0; i < 10; i++)
*(p + i) = i;
for (int i = 0; i < 10; i++)
printf("%d ", *(p + i));
printf("\n");
//使用realloc增加空间
int* pp = (int*)realloc(p, sizeof(int) * 15);//再申请一个指针变量来接收
if (pp == NULL)
return 1;
else
p = pp;//不为空再赋给原来的指针
for (int i = 10; i < 15; i++)
*(p + i) = i;
for (int i = 10; i < 15; i++)
printf("%d ", *(p + i));
free(p);//最后不要忘记了释放并置空
p = NULL;
return 0;
}
运行结果：
三、常见的动态内存的错误
1、对NULL指针的解引用操作
void test()
{
int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);//开辟空间
//这里我们不知道是否开辟成功
*p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
free(p);
p=NULL;
}
这里的问题是不知道p为不为NULL
改：
void test()
{
int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);//开辟空间
if(p!=NULL)
*p = 20;
free(p);
p=NULL;
}
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);
p=NULL;
}
改：
void test()
{
int i = 0;
int *p = (int *)malloc(10*sizeof(int));
if(NULL == p)
{
exit(EXIT_FAILURE);
}
for(i=0; i<10; i++)//当我们改成<10之后i就不会到10，也就不会越界了
{
*(p+i) = i;
}
free(p);
p=NULL;
}
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?
}
这种行为在free函数中未定义，最好不要使用
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
}
这种行为会导致内存泄漏
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
}
当出现这种情况程序会崩掉
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);
}
这种未对申请的空间释放，会导致内存泄漏
四、练习
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);
}
运行结果：
什么都没有输出，这是为什么呢？
这是因为调用GetMemory函数时使用的是传值调用，p虽然申请到了空间，但是并没有改变str的值，所以str=NULL，所以什么内容都没有打印，
改;我们可以将传值调用改为传址调用
如：
void GetMemory(char** p)
{
*p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
GetMemory(&str);
strcpy(str, "hello world");
printf(str);
}
int main() {
Test();
return 0;
}
运行结果：
成功打印
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);
}
运行结果：
出现了随机值，这是为什么呢?
因为p是在栈区创建，当函数结束后该p指向的空间也会销毁然后返还给内存，此时将p传给str之后，str就会变成野指针，它指向的空间打印出来的就是随机值了
改：我们可以用动态内存
如：
void GetMemory(char** p)
{
*p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
GetMemory(&str);
strcpy(str, "hello world");
printf(str);
}
int main() {
Test();
return 0;
}
运行结果：
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);
}
运行结果：
输出正确。但是这里的问题时没有释放动态内存
改：
void GetMemory(char** p, int num)
{
*p = (char*)malloc(num);
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
GetMemory(&str, 100);
strcpy(str, "hello");
printf(str);
free(str);
str = NULL;
}
int main() {
Test();
return 0;
}
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);
}
}
运行结果：
虽然结果正确，但是其实是有问题的
1.因为str存储的地址不会改变，应该手动置空，但是它释放空间后没有置空
2.使用释放的空间（这块空间已经还给系统了）
3.为什么还能打印world呢？那是因为该块空间没有被覆盖，world还在那里
我们可以试试再他前面再申请一次动态内存看看
void Test(void)
{
char* str = (char*)malloc(100);
strcpy(str, "hello");
free(str);
if (str != NULL)
{
strcpy(str, "world");
char* str1 = (char*)malloc(100);
printf(str);
}
}
int main() {
Test();
return 0;
}
运行结果：
world被覆盖了，就打印不出了
改：我们可以释放后置空，就不会出现这种情况了
void Test(void)
{
char *str = (char *) malloc(100);
strcpy(str, "hello");
free(str);
str=NULL；
if(str != NULL)
{
strcpy(str, "world");
printf(str);
}
}
以上就是我的分享了，如果有什么错误，欢迎在评论区留言。
最后，谢谢大家的观看！