[C语言]——动态内存管理

admin2024-04-03  7

目录

一.为什么要有动态内存分配

二.malloc和free

1.malloc

 2.free

三.calloc和realloc

1.calloc

2.realloc

3.空间的释放​编辑

四.常见的动态内存的错误

1.对NULL指针的解引用操作

2.对动态开辟空间的越界访问

3.对非动态开辟内存使用free释放

4.使用free释放⼀块动态开辟内存的⼀部分

5.对同⼀块动态内存多次释放

6.动态开辟内存忘记释放(内存泄漏)


一.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:
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:
  • 空间开辟大小是固定的。
  • 数组在申明的时候,必须指定数组的长度,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。

二.malloc和free

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,只知道申请多大的空间,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.free

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:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
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;
}

三.calloc和realloc

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 <stdio.h>
#include <stdlib.h>
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。

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调整空间失败,会返回NULL

realloc在调整内存空间成功的是存在两种情况:

  •     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

[C语言]——动态内存管理,第1张

[C语言]——动态内存管理,第2张
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 <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
//空间不够,想要扩大空间
  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;
  }
  //业务处理 释放空间
  free(ptr);
  return 0;
}

[C语言]——动态内存管理,第3张

 realloc函数除了能够调整空间之外,还能实现和malloc一样的功能

3.空间的释放[C语言]——动态内存管理,第4张

四.常见的动态内存的错误

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);
 }

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);
 }

3.对非动态开辟内存使用free释放

void test()
{
  int a = 10;
  int *p = &a; //p指向的空间不再是堆区上的空间
  free(p);//ok?
}

 

[C语言]——动态内存管理,第5张

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 
 }

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 
 }

6.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);
 }

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。

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