动态内存管理

目录

1.存在动态内存管理的原因？

2.动态内存函数的介绍

2.1free函数用来释放动态开辟的内存

2.2calloc

2.3realloc

3.常见的动态内存错误：

3.1对NULL指针的解引用操作

3.2 对动态开辟空间的越界访问

3.3 对非动态开辟内存使用free释放

3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

3.5 对同一块动态内存多次释放

3.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

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1.存在动态内存管理的原因？

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

动态内存对于我们后续学习数据结构也起到很重要的作用。

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。

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);

2.1free函数用来释放动态开辟的内存

1.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。

2.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

eg：

#include 
int main()
{
 //代码1
 int num = 0;
 scanf("%d", &num);
 int arr[num] = {0};
 //代码2
 int* ptr = NULL;
 ptr = (int*)malloc(num*sizeof(int));
 if(NULL != ptr)//判断ptr指针是否为空
 {
 int i = 0;
 for(i=0; i

2.2calloc

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 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。

举个例子：

#include 
#include 
int main()
{
 int *p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
 if(NULL != p)
 {
 //使用空间 }
 free(p);
 p = NULL;
 return 0;
}

所以如何我们对申请的内存空间的内容要求初始化，那么可以很方便的使用calloc函数来完成任务。

2.3realloc

realloc - C++ Reference

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

情况2：原有空间之后没有足够大的空间

情况 1

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。

情况 2

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。

由于上述的两种情况，realloc函数的使用就要注意一些。

对于该函数的使用方法:

p = realloc(p, 20 * sizeof(int));//用旧空间的原来的指针变量去接收（NULL问题）

#include
#include
int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10,sizeof(int));//强制类型转化
	//开始存放
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");//为空的原因
		return 1;//非0即不能正常返回
	}
	int i = 0;
	//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
	p = realloc(p, 20 * sizeof(int));
	//不建议这样写  可能开辟空间失败返回NULL
	// 成功也就罢了，万一失败旧空间起始地址也找不到了
	//释放
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;//可以正常返回
}

法二

int* ptr = (int*)realloc(p, 20 * sizeof(int));//用新的指针变量去接收，但记住一定要释放 

#include
#include
int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10,sizeof(int));//强制类型转化
	//开始存放
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");//为空的原因
		return 1;//非0即不能正常返回
	}
	int i = 0;
	//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));//换一个指针变量去管理
	//如果你就是使用ptr，一定记得要释放ptr所指向的空间
	//释放
	free(p);
    free(ptr);
	p = NULL;
    ptr=NULL;
	return 0;//可以正常返回
}

法3：

int* ptr = (int*)realloc(p, 20 * sizeof(int));

if (ptr != NULL)
{
    p = ptr;
}

#include
#include
int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10,sizeof(int));//强制类型转化
	//开始存放
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");//为空的原因
		return 1;//非0即不能正常返回
	}
	int i = 0;
	//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));
	//但是，程序员还是想要p来管理这块空间，可以这么写
	if (ptr != NULL)
	{
		p = ptr;
	}
	//释放
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;//可以正常返回
}

对于该函数的返回指针的两种情况：

第一种：

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。

• realloc函数此时的返回值是旧的空间的起始地址 

第二种：

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。 且realloc函数有三个特点

realloc函数会将旧的空间的数据，拷贝到新的空间里
realloc函数拷贝完成后，会将旧的空间释放掉
realloc函数此刻的返回值不是原来的地址，而是新的空间的起始地址
 

并且扩容的方式分为两种，一种原地扩容另一种是异地，异地扩容效率低。

原地扩容：

#include
#include
int main()
{
	int* p1 = (int*)malloc(40);
	int* p2 = (int*)realloc(p1,80);//扩容40
	printf("p1=%p\n", p1);
	printf("p2=%p", p2);
	return 0;
}

异地扩容：

​
#include
#include
int main()
{
	int* p1 = (int*)malloc(40);
	int* p2 = (int*)realloc(p1,800);//扩容760
	printf("p1=%p\n", p1);
	printf("p2=%p", p2);
	return 0;
}

​

3.常见的动态内存错误：

3.1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);
}

3.2 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);
}

3.3 对非动态开辟内存使用free释放

void test()
{
 int a = 10;
 int *p = &a;
 free(p);//ok?
}

答案是否定的。

3.4 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
}

3.5 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
}

3.6 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。

切记：

动态开辟的空间一定要释放，并且正确释放 。