【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。