【C语言/基础梳理/期末复习】动态内存管理（附思维导图）

目录

一、为什么要有动态内存分配

（1）我们已经掌握的内存方式的特点

（2）需求

二、malloc和free

2.1.malloc

2.1.1函数原型

2.1.2函数使用

2.1.3应用示例​编辑

2.2free

2.2.1函数原型

2.2.2函数使用

三、calloc和realloc

3.1.calloc

3.1.1函数原型

3.1.2函数使用

3.1.3应用举例​编辑

3.2realloc

3.2.1函数原型

3.2.2函数使用

四、常⻅的动态内存的错误

对NULL指针的解引⽤操作

对动态开辟空间的越界访问

对⾮动态开辟内存使⽤free释放

使⽤free释放⼀块动态开辟内存的⼀部分

对同⼀块动态内存多次释放

动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

五、动态内存经典笔试题分析

test1

解析

test2

解析

test3

解析

test4

解析

六、柔性数组

6.1概念

6.2特点

6.3优势

七、总结C/C++中程序内存区域划分 ​

一、为什么要有动态内存分配

//已经掌握的内存分配方式
int a = 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

（1）我们已经掌握的内存方式的特点

•  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

（2）需求

• 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，可以申请和释放空间，⽐较灵活。

二、malloc和free

2.1.malloc

2.1.1函数原型

void* malloc (size_t size);

2.1.2函数使用

• 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起始地址的指针。
• 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。
• malloc申请的空间是在内存的堆区
• 

2.1.3应用示例

2.2free

2.2.1函数原型

void free (void* ptr);

2.2.2函数使用

• 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。
• free后，p的值仍为刚刚空间的首地址，并没有发生改变，所以free(p),后应将p置为空指针

三、calloc和realloc

3.1.calloc

3.1.1函数原型

 void* calloc (size_t num, size_t size);

3.1.2函数使用

• 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

3.1.3应用举例

3.2realloc

3.2.1函数原型

void* realloc (void* ptr, size_t size);

3.2.2函数使用

• realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活，realloc 函数就可以做到对动态开辟内存⼤⼩的调整。
• 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。
• realloc 调整空间失败会返回NULL。
• 调整成功有两种情况：情况1：在已经开辟好的空间的后边，没有足够的空间直接进行空间的扩大，在这种情况下，realloc函数会在内存的堆区重新找一块空间（满足新的空间的大小需求），同时会把旧的数据拷贝到新的空间，然后释放旧的空间，同时返回新的空间的起始地址情况2：在已经开辟好的空间后边有足够的空间，直接进行扩大。扩大空间后，直接返回旧的空间的起始地址
• 

• int*p =(int*)realloc(NULL，40);//等价于malloc

四、常⻅的动态内存的错误

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);
 }

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);
 }

对⾮动态开辟内存使⽤free释放

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

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
 }

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
 }

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);
}

• 切记：动态开辟的空间⼀定要释放，并且正确释放。
• malloc/realloc/calloc申请的空间，如果不主动释放，出了作用域是不会销毁的。 释放的方式：1.free主动释放 2.程序结束才由操作系统回收

五、动态内存经典笔试题分析

test1

void GetMemory(char *p)
 {
     p = (char *)malloc(100);
 }

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

解析

• 1.GetMemory函数采用值传递的方式，无法将malloc开辟空间的地址，返回放在str中 ，调用结束后str依旧是NULL指针。2.strcpy中使用了str,就是对NULL指针接引用操作，程序崩溃。3.没有free,后续无法销毁，内存泄漏

test2

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

void Test(void)
{
     char *str = NULL;
     str = GetMemory();
     printf(str);
}

解析

• 
• GetMemory函数使用后p所在内存被销毁，返回的p是野指针

test3

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

解析

• 输出hello，问题是str未释放，最好使用之前判断一下是否是NULL

test4

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

解析

• 

六、柔性数组

6.1概念

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。

struct st_type
{
    int i;
    int a[0];//或者可以写成int a[];
    //柔性数组成员

}

6.2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。

6.3优势

• ⽅便内存释放
• 有利于访问速度

七、总结C/C++中程序内存区域划分 

• 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。