C语言_动态内存管理

本章重点

• 为什么存在动态内存分配

• 动态内存函数的介绍

• • malloc
• • free
• • calloc
• • realloc

• 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 val = 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

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存开辟了。

2. 动态内存函数的介绍

2.1 malloc 和 free

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。

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。

malloc和free都声明在stdlib.h头文件中。 举个例子：

输出结果：

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。 举个例子：

输出结果：

总结：

所以如何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，那为了合理的时候内存，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
• 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

以下代码是否正确？

这样的赋值是错误的，如果扩容失败返回NULL，相当于把p指向为了NULL，不仅扩容失败，连自己开辟的空间也找不到了。正确写法如下：

3. 常见的动态内存错误

• 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//所以在开辟动态空间返回地址的时候，我们要先判断返回值是否正确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);
}

动态申请的内存空间，不会因为出了作用域就自动销毁。

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 。

4. 几个经典的笔试题

题目1：

void GetMemory(char *p)
{p = (char *)malloc(100);
}void Test(void)
{char *str = NULL;GetMemory(str);strcpy(str, "hello world");printf(str);
}//结果如何？ 
int main()
{Test();return 0;
}

结果是会报错的。
原因：GetMemory(str)里面传入了str，然后再函数里面将开辟到的新空间的地址赋值给了p，结束函数。
这里就出现问题了，虽然我们传入的是指针类型的变量，但是也没有什么了不起，想要改变类型就要传入地址然后去解引用访问改变。
结果就是传值调用，并没有对原有的地址进行改变。导致我们strcpy的时候str还是NULL，那么NULL能进行拷贝嘛？那自然而然就会报错。
printf(str)打印是没有问题的，举个例子：printf(“hello world”)，本质上是把h的地址给了printf然后往下面连续打印。
注意的是：这样写只能用于字符串形式，单个字符以及整型都不可以进行输出打印。

正确写法：

题目2：

char *GetMemory(void)
{char p[] = "hello world";return p;
}void Test(void)
{char *str = NULL;str = GetMemory();printf(str);
}int main()
{Test();return 0;
}

画图详解

正确写法：

题目3：

void GetMemory(char **p, int num)
{*p = (char *)malloc(num);
}void Test(void)
{char *str = NULL;GetMemory(&str, 100);strcpy(str, "hello");printf(str);
}int main()
{Test();return 0;
}

这里主体并没有过错，只是再最后程序结束的时候并没有释放掉这个动态开辟的空间，所以我们还是需要手动释放一样。

正确写法：

题目4：

void Test(void)
{char* str = (char*)malloc(100);strcpy(str, "hello");free(str);if (str != NULL){strcpy(str, "world");printf(str);}
}int main()
{Test();return 0;
}

这道题错误在于：首先，动态开辟了一块空间，然后拷贝了一串数据进去，再然后释放掉这块空间，此时，str的指向还是这块释放掉的动态空间的起始地址，此时处于野指针状态。又再次对这块进行拷贝，这里就错误了，因为我们已经释放掉了这块空间，这块空间已经不属于我们的了，不能进行拷贝。只需要把这个free去掉，保留这块动态空间即可再次进行拷贝。

本章完~