动态内存管理（1）

目录

• 为什么存在动态内存分配
• 动态内存函数的介绍
• 常见的动态内存错误
• 几个经典的笔试题
• 柔性数组

1. 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 main()
{
	int a = 10;//变量
	int arr[10];//数组
	
	return 0;
}

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内存开辟了。

2. 动态内存函数的介绍

2.1 malloc 和 free

malloc - memory alloc 内存开辟

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。

注： malloc 申请的内存空间，当程序退出时，还给操作系统；当程序不退出，动态申请的内存，不会主动释放的，需要使用 free 函数来释放。

---

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。

注： malloc 和 free 都声明在 stdlib.h 的头文件中。

#include 
#include 

int main()
{
	//int arr[10];
	int* p = (int*)malloc(40);

	if (NULL == p)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}

	//开辟成功
	int i = 0;

	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d\n", *(p + i));
	}

	free(p);//把p所指向的这块空间释放了
	p = NULL;//避免p变成野指针

	//int a = 10;
	//int* ptr = &a;
	//free(ptr);//err

	return 0;
}

2.2 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全0。

#include 
#include 

int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));

	if (NULL == p)
	{
		perror("calloc");
		return 1;
	}

	//打印数据
	int i = 0;

	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}

	//释放
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

//打印结果为：
//0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

#include 
#include 

int main()
{
	int* p = (int*)calloc(INT_MAX, sizeof(int));

	if (NULL == p)
	{
		perror("calloc");
		return 1;
	}

	//打印数据
	int i = 0;

	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}

	//释放
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

//打印结果为：
//calloc: Not enough space

所以，如果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。

2.3 realloc

• realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。
• 有时我们会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，那为了合理的调整内存，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（Pointer to a memory block previously allocated with malloc, calloc or realloc.）
• 当 ptr 为空指针时，它的功能和 malloc 是一样的（Alternatively, this can be a null pointer, in which case a new block is allocated (as if malloc was called).）
• size 是调整之后的新大小
• 返回值为调整之后的内存起始位置
  

#include 
#include 

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);

	if (NULL == p)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}

	//初始化为1～10
	int i = 0;

	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		p[i] = i + 1;
	}

	//增加一些空间
	int* ptr = (int*)realloc(p, 80);//这里不能直接用p来接收，因为如果增容失败返回空指针，那么p原来所指向的40个字节的空间也找不到了，这40个字节我既用不到它也找不到它，导致了内存泄漏

	if (ptr != NULL)
	{
		p = ptr;
		ptr = NULL;
	}
	else
	{
		perror("realloc");
		return 1;
	}

	//打印数据
	for (i = 0; i < 20; i++)
	{
		printf("%d\n", p[i]);
	}

	//释放
	free(p);
	p = NULL;

	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);
}

解决方法：要对 p 进行判断，看它是否为空指针

3.2 对动态开辟空间的越界访问

#include 
#include 

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);

	if (NULL == p)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}

	int i = 0;
	//对动态开辟空间的越界访问
	for (i = 0; i < 20; i++)
	{
		p[i] = i;//越界访问
	}
	
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

3.3 对非动态开辟内存使用free释放

#include 
#include 

int main()
{
	int a = 10;
	int* p = &a;
	printf("%d\n", *p);

	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

#include 
#include 

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);

	if (NULL == p)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}

	int i = 0;

	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		*p = i;
		p++;
	}

	//释放
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

3.5 对同一块动态内存多次释放

#include 
#include 

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);

	if (NULL == p)
	{
		return 1;
	}

	//使用

	//释放
	free(p);
	free(p);//err
	p = NULL;

	return 0;
}

#include 
#include 

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);

	if (NULL == p)
	{
		return 1;
	}

	//使用

	//释放
	free(p);
	p = NULL;

	free(p);//这样写没有问题，因为p为空指针时，free什么都不干

	return 0;
}

3.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

#include 
#include 

void test()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	
	if (NULL != p)
	{
		*p = 20;
	}
}

int main()
{
	test();

	while (1);

	return 0;
}

主函数在调用test函数之后，申请了100个字节的空间，并把地址传给了p，但是test函数结束之后，p由于出了作用域，被销毁了，导致找不到这100个字节的空间了，而程序之后又进入了死循环，这就导致我申请了100个字节的内存空间，但是我又用不上，又释放不了，造成了内存泄漏。

注： 动态申请的内存空间，不会因为出了作用域自动销毁（还给操作系统）！只有2种方式销毁： free 或者 程序结束（退出）