动态内存管理

前言：哈喽小伙伴们，虽然已经放假啦，但依然阻止不了我们学习的脚步。

超越别人的唯一的方法，就是比别人更加努力。

今天我们一起来学习——动态内存管理，掌握如何自己操纵数据空间的大小。

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一.为什么存在动态内存分配

我们已经学习过两种内存的开辟方式：

一是创建单个变量：int a = 10;

二是创建数组：int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};

但是这些方式有个特点，那就是一旦创建之后，我们的内存大小就无法改变。

这样很容易出现内存不足或者内存开辟过多而浪费的情况。

所以为了应对这种问题，C语言让我们程序员能够进行——动态内存管理。

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二.动态内存函数

那我们管理动态内存的方式，便是通过使用四个函数：

malloc

free

calloc

realloc

下面我们就来逐一讲解它们的结构和用法。

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1.malloc

 

使用动态内存函数，都需要头文件：#include

可以看到，这个函数的返回类型为指针类型，参数为无符号整型。

size代表的是字节数，也就是说，malloc函数是用来申请一定字节数内存空间的函数。 

 下面我们来尝试使用一下malloc：

#include
#include
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	return 0;
}

比如说，我们现在要开辟10个整型大小的内存空间，也就是40个字节。

注意我们的参数要写成上述的这种形式，可以增加代码的可读性，尽量不要直接写成40。

那么既然是开辟整型空间，就要用整型指针来及时接收，同时因为malloc的返回类型为void*，还要进行强制类型转换。

p指针会指向malloc函数所开辟的空间的起点，直到10个int类型空间为止。

这个时候，p就可以作为一个数组去使用了，为开辟的空间填上数据。

#include
#include
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
	return 0;
}

 

但是有一个问题，我们的内存空间是有限的，而且malloc所选择开辟的空间是随机的，它并不会挑一块很大的没有被占用的空间给你开辟。

这就说明，有可能我们所开辟的空间已经被占用了，这样就会导致开辟失败。

malloc申请开辟内存成功，就会返回空间的起始地址，如果申请失败，则会返回空指针NULL。

我们是不能够对一个空指针进行使用的，所以我们创建动态内存空间的同时，还要进行判断，如果开辟失败，则直接结束程序运行。

#include
#include
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		return 1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
	return 0;
}

 main函数的正常返回值为0，这里我们用1来表示异常返回。

我们既然是自己申请的空间，用过之后则需要及时将此空间进行释放，那么又该怎么释放呢？

• 程序退出之后，malloc申请的空间，会被操作系统回收
• 通过free函数主动释放

那么既然程序退出就会自动释放，为什么还需要free函数呢？？？

实际上，如果让系统自动释放，存在很大的不确定性：

比如程序实际上并没有退出，或者内存空间出现问题而无法释放等等，这样就会造成严重后果。

靠别人不如靠自己，所以我们申请空间之后一定要通过free函数来主动释放。

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2.free

 能够看出free函数的参数是一个指针类型，也就是释放这个指针所指向的全部空间。

#include
#include
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		return 1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
	free(p);
}

那我们就借用上边的代码来使用一下free函数，来看看它具体是如何释放：

能够看出，free将p指针指向的空间确实释放了，但是它并不会改变p指针所指向的位置。

这就类似与一个人突然失去了记忆，但是他还是这个人，只是什么都没有了。

这样就会导致p成为野指针，我们知道野指针是非常危险的，不能让它存在。所以我们在释放空间之后，紧接着要将p指针置空。

     free(p);
    p = NULL;

 同时这里我们还要提醒两点：

• free只能释放动态开辟的空间，否则不会有任何作用
• free不能释放空指针，否则也不会有任何作用

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3.calloc

calloc函数也是用来申请动态内存空间的，但是与malloc有些许不同。

calloc函数有两个参数，实际上，这两个参数可以认为是malloc函数的参数的分解。

size表示要申请的空间大小

num表示要申请的空间个数

比如说我们还是申请10个整型数据空间：

int* p = (int*)calloc(10,sizeof(int));

这样来看calloc和malloc实际上是一样的，但是它们还有另一个不同：

#include
#include
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		return 1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d\n", *(p + i));
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

来看这个代码，我们用malloc函数申请完空间之后，不做任何处理，来看看打印出来的数据：

是随机值，但是当我们把malloc换成calloc时：

#include
#include
int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10 , sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		return 1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d\n", *(p + i));
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

得到结果：

全为0，这就说明calloc在开辟空间时，会进行初始化，而malloc并不会。 

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4.realloc

realloc函数的作用，是帮助调整由malloc和calloc开辟的空间大小。

realloc函数有两个参数：

ptr为指针，也就是用于接收malloc或calloc开辟空间的那个指针

size则是要调整的新的空间大小

具体使用如下：

#include
#include
int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10 , sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		return 1;
	}
	p = realloc(p, 20 * sizeof(int));
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

但实际上，我们上边的代码存在问题，那就是realloc的返回值不能直接用p接收，因为它也会出现内存开辟失败的问题。

如果开辟失败，同样会返回一个空指针，这样不仅没有调整成功，反而原先的空间也不复存在了。

所以我们新建一个指针来接收，并判断是否为空指针，不为空则将新指针赋值给p指针。

#include
#include
int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10 , sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		return 1;
	}
	int* p1 = realloc(p, 20 * sizeof(int));
	if (p1 != NULL)
	{
		p = p1;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

此外，realloc函数还有一个功能，那就是它其实也可以作为malloc函数使用。

当realloc函数的第一个参数为空指针NULL时，其功能等于malloc函数。

realloc(NULL,sizeof(int)) == malloc(sizeof(int))

当然这样使用之后还是要进行空指针的判断和使用后的释放操作。 

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 三.总结

有关动态内存管理的知识到这里就结束啦，希望能够对大家有所帮助。

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祝大家国庆节快乐！！我们下期再见！！