C语言 动态内存管理
目录：
1. 为什么要有动态内存分配
2. malloc和free
2.1 malloc
2.2 free
3. calloc和realloc
3.1 calloc
3.2 realloc
4. 常⻅的动态内存的错误
4.1 对NULL指针的解引⽤操作
4.2 对动态开辟空间的越界访问
4.3 对⾮动态开辟内存使⽤free释放
4.4 使⽤free释放⼀块动态开辟内存的⼀部分
4.5 对同⼀块动态内存多次释放
4.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
5. 柔性数组
5.1 柔性数组的特点：
5.2 柔性数组的使⽤
5.3 柔性数组的优势
6. 总结C/C++中程序内存区域划分
1. 为什么要有动态内存分配
我们已经掌握的内存开辟⽅式有：
1.int val = 20;//在栈空间上开辟四个字节
2.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：
• 空间开辟⼤⼩是固定的
• 数组在申明的时候，必须指定数组的⻓度，数组空间⼀旦确定了⼤⼩不能调整
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
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
2. malloc和free
2.1 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。
2.2 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
举个例⼦：
#include
#include
int main()
{
int num = 0;
scanf("%d", &num);
int arr[num] = { 0 };
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 < num; i++)
{
*(ptr + i) = 0;
}
}
free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存
ptr = NULL;//是否有必要？
return 0;
} 3. calloc和realloc
3.1 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
举个例⼦：
#include
#include
int main()
{
int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
if (NULL != p)
{
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", *(p + i));
}
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
} 输出结果：
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0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。
3.2 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 利用内存，我们可以对内存的⼤⼩做灵活的调整
• 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。
#include
#include
int main()
{
int* ptr = (int*)malloc(100);
if (ptr != NULL)
{
//业务处理
}
else
{
return 1;
}
//扩展容量
//代码1 - 直接将realloc的返回值放到ptr中
ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//这样可以吗？(如果申请失败会如何？)
//代码2 - 先将realloc函数的返回值放在p中，不为NULL，在放ptr中
int* p = NULL;
p = realloc(ptr, 1000);
if (p != NULL)
{
ptr = p;
}
//处理
free(ptr);
return 0;
} 4. 常⻅的动态内存的错误
4.1 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);
}
4.2 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);
}4.3 对⾮动态开辟内存使⽤free释放
void test()
{
int a = 10;
int* p = &a;
free(p);//ok?
}4.4 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
}4.5 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
}4.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
void test()
{
int* p = (int*)malloc(100);
if (p != NULL)
{
*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
5. 柔性数组
也许你从来没有听说过柔性数组（flexible array）这个概念，但是它确实是存在的
C99 中，结构中的最后⼀个元素允许是未知⼤⼩的数组，这就叫做『柔性数组』成员
例如：
typedef struct st_type
{
int i;
int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
有些编译器会报错⽆法编译可以改成：
typedef struct st_type
{
int i;
int a[];//柔性数组成员
}type_a;
5.1 柔性数组的特点：
• 结构中的柔性数组成员前⾯必须⾄少⼀个其他成员
• sizeof 返回的这种结构⼤⼩不包括柔性数组的内存
• 包含柔性数组成员的结构⽤malloc ()函数进⾏内存的动态分配，并且分配的内存应该⼤于结构的⼤⼩，以适应柔性数组的预期⼤⼩
例如：
typedef struct st_type
{
int i;
int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(type_a));//输出的是4
return 0;
}5.2 柔性数组的使⽤
#include
#include
int main()
{
typedef struct st_type
{
int i;
int* p_a;
}type_a;
int i = 0;
type_a* p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a) + 100 * sizeof(int));
//处理
p->i = 100;
for (i = 0; i < 100; i++)
{
p->p_a[i] = i;
}
free(p);
return 0;
} 5.3 柔性数组的优势
上述的 type_a 结构也可以设计为下⾯的结构，也能完成同样的效果
#include
#include
typedef struct st_type
{
int i;
int* p_a;
}type_a;
int main()
{
type_a* p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a));
p->i = 100;
p->p_a = (int*)malloc(p->i * sizeof(int));
//处理
for (int i = 0; i < 100; i++)
{
p->p_a[i] = i;
}
//释放空间
free(p->p_a);
p->p_a = NULL;
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
上述 代码1 和 代码2 可以完成同样的功能，但是 ⽅法1 的实现有两个好处：
第⼀个好处是：⽅便内存释放
如果我们的代码是在⼀个给别⼈⽤的函数中，你在⾥⾯做了⼆次内存分配，并把整个结构体返回给⽤ ⼾。⽤⼾调⽤free可以释放结构体，但是⽤⼾并不知道这个结构体内的成员也需要free，所以你不能 指望⽤⼾来发现这个事。所以，如果我们把结构体的内存以及其成员要的内存⼀次性分配好了，并返 回给⽤⼾⼀个结构体指针，⽤⼾做⼀次free就可以把所有的内存也给释放掉。
第⼆个好处是：这样有利于访问速度
连续的内存有益于提⾼访问速度，也有益于减少内存碎⽚。（其实，我个⼈觉得也没多⾼了，反正你跑不了要⽤做偏移量的加法来寻址）
6. 总结C/C++中程序内存区域划分
C/C++程序内存分配的⼏个区域：
1. 栈区（stack）：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。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很⾼，但是分配的内 存容量有限。 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
2. 堆区（heap）：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回收 。分配⽅式类似于链表
3. 数据段（静态区）（static)；存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放
4. 代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的⼆进制代码。