动态内存管理

引言：

学习到现在，我们开辟内存的方式有两种：要么创建一个变量，要么用数组开辟一块连续的空间。但是这两种方式一旦申请之后是不能改变大小的，因此这样的方式是有缺点的。C语言中引入了动态内存管理的方式，程序员可以自己申请和释放空间，如果觉得不够用可以再扩大，让内存分配更加灵活。

强调：通过动态内存管理的方式开辟（malloc，calloc，realloc）的空间是在堆区上的

一.malloc函数

malloc包含在的头文件中，它有一个参数size，表示要申请的空间的大小，单位是字节。返回一个指向该空间的无具体类型的指针。 如果开辟失败，则返回NULL。

所以我们使用malloc开辟空间后要检查返回的指针是否是NULL。 

申请好空间，里面的值是随机的，需要我们自己手动赋值。

二.free函数

 

free函数是用来释放动态开辟的空间的。参数是一个指针，这个指针必须指向动态开辟的空间的起始地址

注意： 

1.如果ptr指向的空间不是动态开辟的，那么free函数的行为是未定义的。在VS上程序会直接崩掉。

2.如果ptr为NULL，那么free函数什么也不做。

3.free释放空间后，要及时把ptr置为NULL，否则就会成为野指针。

三.calloc函数

 

calloc函数的功能是开辟一块num个大小为size字节的连续空间。和malloc不同的是，calloc开辟好空间后会把每个字节初始化为0.

例如：

可以看到里面存放的数据都已经被初始化为0了。 

四.realloc函数 

realloc函数的功能就是调整动态开辟的空间的大小。

第一个参数ptr就是动态开辟的内存的首地址，第二个参数size就是我们现在需要的新的大小。

返回一个指向新空间（可能还是原来的，可能发生变化，也有可能是NULL）的地址。 

1.如果开辟失败（比如申请的空间过大）就会返回NULL。

2.如果开辟成功，并且原来空间的后面空间足够，就还是返回原来的那个地址。

3.如果开辟成功，但是原来空间的后面空间不够扩大，realloc就会在堆区上重新找一块空间，并把旧空间的数据拷贝到新空间，释放旧空间，返回新空间的地址。

这里我们要注意接收realloc的返回值时，我们要用一个新的指针变量来接收。因为如果返回的地址是NULL，那么我们连原来旧的空间也找不到了，这样就发生了内存泄露。 

realloc函数除了可以调整空间大小，也可以实现和malloc一样的功能。

如果给realloc传的地址是NULL，那么realloc会直接开辟一块空间。

 

总结： malloc，calloc，realloc开辟的空间出了作用域不会销毁，因为他们在堆区开辟空间，而不是在栈区。释放的方式有两种：

1.free手动释放。

2.直到程序结束，操作系统自动回收。

五.动态开辟空间的常见错误

1.对NULL指针解引用

因为这里申请的空间过大，大概率会开辟失败，所以直接对p解引用是不对的。应该判断是否为NULL。

2.对动态开辟的空间越界访问 

这样存在越界访问，一旦运行，程序会挂掉。

3.对非动态开辟的空间free释放 

这样的错误也会导致程序挂掉。

4.使用free释放动态内存的一部分

 

 

5.动态开辟内存忘记释放（内存泄漏） 

忘记释放就会导致这块空间无法再使用，只能等到程序结束，由操作系统自动回收。 

 

六.柔性数组

在结构体中最后一个成员允许是未知大小的数组（该数组前面至少有一个其他成员）

例如：

 

sizeof计算这种结构体大小时，不包括柔性数组的大小。 

对此，开辟这种结构体空间时，我们可以采用动态开辟的方式。

 

需要多大的空间我们就开辟多大的空间，如果后续使用中不够，可以用realloc来调整数组的大小，所以这种柔性数组的大小是可变化的。 

 除了用柔性数组，我们还可以通过链表的方式来实现可变大小的数组。

 

对比这两种方案，柔性数组的方式更加好一些。

1. 因为链表需要malloc两次，这样我们忘记free的可能性就会增大。

2.链表的方式容易出错，在上面的例子中，我们必须要先释放arr，再释放p。如果反了，就会导致arr找不到那块空间，导致内存泄露。

3.柔性数组使空间更加集中在一起，防止了内存碎片化，根据局部性原理，可以提高程序运行的速度。

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