【C语言】动态内存规划# 这一篇就够了

目录

通过本篇文章，你可以了解到：

 （O）C/C++中程序内存区域划分

 （一）动态内存分配的作用

(二)动态内存函数的原理与使用

 1.内存开辟malloc

2.初始并开辟calloc

3.调整已开辟的内存realloc

 4.释放空间free

注意 

 （三）动态内存规划的常见错误

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.*动态开辟内存忘记释放

 （四）动态内存的经典笔试题分析

---

通过本篇文章，你可以了解到：

        0.C/C++中程序内存区域划分

        1.动态内存分配的作用

        2.动态内存函数的原理与使用   和实例演示

        3.动态内存规划的常见错误

        4.动态内存的经典笔试题分析

（O）C/C++中程序内存区域划分

        在讲解动态内存规划之前，我们先要了解一些关于内存的划分，这样一来我们就可以对动态内存分配有一个较深的理解。

C\C++程序中内存分配的几个区域：

         看似内存区域很多，初学者看着比较杂乱，但是，对于学习编程语言阶段，我们只需注意其中的一些内存区域即可：

        栈区（stack），堆区（heap），数据段（静态区）（staatic），代码段。

栈区：

        在执⾏函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执⾏结束时，这些存储单元⾃动被释放。栈区主要存放运⾏函数⽽分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。

---

我已经在博客中讲解过《函数栈帧的创建与销毁》，如果想要对栈区有更深入的了解，欢迎阅读。

函数栈帧创建和销毁https://blog.csdn.net/2301_79465388/article/details/134256464?spm=1001.2014.3001.5501

---

堆区：⼀般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS（操作系统）回收。分配⽅式类似于链表。

数据段（静态区）：存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。

代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的⼆进制代码。

---

具体代码片段的例子如下： 

 数据段（静态区）：全局变量，静态变量；

栈区：局部变量；

代码段：只读常量

（字符串常量是一种只读常量）；

堆区：动态内存分配

---

 （一）动态内存分配的作用

        动态内存分配，它的作用十分强大，也极其灵活，这意味着我们作为编程人员可以自己申请和释放空间， 让空间得到最有效的利用，它是程序节约资源与提高效率的基础，是部分数据结构的根本，有了动态内存分配，我们可以更加高效的管理内存，这一操作充分体现了C语言  直接对内存操作  的优越性。

(二)动态内存函数的原理与使用

（根据cplusplus.com讲解） 

 1.内存开辟malloc

（malloc以字节数开辟内存） 

malloc - C++ Reference (cplusplus.com)https://legacy.cplusplus.com/reference/cstdlib/malloc/?kw=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。
 

实例：

以开辟多个单精度浮点型数组为例：

        *对malloc的返回值要判断；

        *使用时malloc的返回值要强制类型转换；

        *唯一的参数表示要开辟的内存空间的大小；

代码演示：

int main()
{
	//开辟的内存是连续的
	float* pf = (float*)malloc(sizeof(float)*7);
	//对malloc的返回值进行判断，如果是空指针，表明内存开辟失败，用perror打印报错信息
	if(pf == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	//使用
	for(int i = 0;i < 7;i++)
	{
		*(pf + i) = i/10.0;
	}
	//打印
	for(int i = 0;i < 7;i++)
	{
		printf("%f ",*(pf+i));
	}
	
	return 0;
}

---

2.初始并开辟calloc

（与malloc作用一致，但是内存开辟后自动被初始化为 0）

 

calloc - C++ Reference (cplusplus.com)https://legacy.cplusplus.com/reference/cstdlib/calloc/?kw=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 calloc 会在返回地址之前把申请的空间的每个字节初始化为0
 

代码实例： 

int main()
{
	
	int* p = (int*)calloc(15,sizeof(int));
	if(p == NULL)
	{
		perror("calloc");
		return 1;
	}
	for(int i = 0;i < 15;i++)
	{
		printf("%d ",*(p+i));
	}
	return 0;
}

---

3.调整已开辟的内存realloc

 realloc - C++ Reference (cplusplus.com)https://legacy.cplusplus.com/reference/cstdlib/realloc/?kw=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(heap)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。同时，原来内存上的数据会被copy到新开辟的内存的地址上。

使用实例：

*realloc的操作对象只能是已经开辟好的动态内存；

*由于calloc是对已有的动态内存开辟的空间进行调整，而我们是用一个指针变量来找到先前开辟的动态内存的，但是realloc在开辟失败时会返回空指针。为了避免开辟失败返回的空指针覆盖掉原指针（这个指针指向已经开辟好的动态内存），导致原动态内存无法被使用，也无法主动释放，（这种情况就是内存泄露）我们在实际操作时先用临时创建的指针变量接收realloc的返回值，判断如果不是空指针，再将临时变量赋给原指针变量； 

代码实例：

int main()
{
	//开辟15个int数据
	int* pf = (int*)malloc(sizeof(int)*15);
	if(pf == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	//使用
	for(int i = 0;i < 15;i++)
	{
		*(pf+i) = i+100;
	}
	//打印
	for(int i = 0;i < 15;i++)
	{
		printf("%d ",*(pf+i));
	}
	//realloc重新调整
	int* tp = (int*)realloc(pf,sizeof(int)*20);
	if(tp == NULL)
	{
		perror("realloc");
		return 1;
	}
	else//如果返回值不为空指针，tp赋值给pf
	{
		pf = tp;
	}
	//使用
	for(int i = 15;i <= 20;i++)
	{
		*(pf+i) = i+200;
	}
	//打印观察
	printf("\n");
	for(int i = 15;i <= 20;i++)
	{
		printf("%d\n",*(pf+i));
	}
	return 0;
}

---

 4.释放空间free

free - C++ Reference (cplusplus.com)https://legacy.cplusplus.com/reference/cstdlib/free/?kw=free

C语⾔提供了另外⼀个函数free，专⻔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 

*其实，前面的代码举例都有一个严重的问题，malloc，calloc，realloc，动态开辟的内存在使用后要手动释放 ，将内存还给操作系统，这个操作对于长期运行的程序，尤其是服务器来说十分重要。

*realloc对动态内存进行调整，期间创建的临时指针变量不必释放，在其他操作均正确的情况下，如此操作会造成free对同一个动态内存重复释放。 

（原因在于临时指针与原指针指向的是同一块内存空间）

这也正是动态内存规划常见的错误。 

---

 （三）动态内存规划的常见错误

1.* 对NULL指针的解引用操作

        （空指针是无法解引用的）

void test()
{
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int));//如果malloc返回值是NULL，则报错
	*p = 20;
	free(p);
}

2.*对动态开辟空间的越界访问

 无论何时，这是常见的错误：数组越界。

void test()
{
    int i = 0;
    int *p = (int *)malloc(10*sizeof(int));
    if(NULL == p)
    {
        perror("malloc");
        return 1;
    }
    for(i=0; i<=10; i++)
    {
        *(p+i) = i;//当i是10的时候越界访问
    }
    free(p);
    p = NULL;
}

3.*对非动态开辟内存使用free释放

void()
{
    int a = 0;
    int* pa = &a;//不能对非动态内存分配的空间解引用
    free(pa);
}

4.*使用free释放⼀块动态开辟内存的⼀部分

（没有完全释放动态内存开辟的空间） 

void test()
{
    int *p = (int *)malloc(10);
    p++;
    free(p);//p不再指向动态内存的起始位置
}

5.*动态开辟内存忘记释放

（内存泄漏）

int main()
{
	
	int* p = (int*)calloc(15,sizeof(int));
	if(p == NULL)
	{
		perror("calloc");
		return 1;
	}
	for(int i = 0;i < 15;i++)
	{
		printf("%d ",*(p+i));
	}
    //没有释放动态内存开辟的空间
	return 0;
}

---

 （四）动态内存的经典笔试题分析

小明的困惑：

题目1：

void GetMemory(char *p)
{
    p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
    char *str = NULL;
    GetMemory(str);
    strcpy(str, "hello world");
    printf(str);
}

题目2：

char *GetMemory(void)
{
    char p[] = "hello world";
    return p;
}
void Test(void)
{
    char *str = NULL;
    str = GetMemory();
    printf(str);
}

题目3：

void GetMemory(char **p, int num)
{
    *p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{
    char *str = NULL;
    GetMemory(&str, 100);
    strcpy(str, "hello");
    printf(str);
}

题目4：

void Test(void)
{
    char *str = (char *) malloc(100);
    strcpy(str, "hello");
    free(str);
    if(str != NULL)
    {
        strcpy(str, "world");
        printf(str);
    }
}

---

        小明 为了解这些题目，ta将题目放入编译器中运行，观察到了程序的状态，你能根据ta的观察，帮帮分析一下这些题目的原理吗？

小明的观察：

题目一：无法运行，报错

题目二：看似正常运行

题目三：看似正常运行

题目四：看似正常运行

         分析在文章之后公布。

---

 完~

未经作者同意禁止转载