动态内存管理

目录

1. 为什么存在动态内存分配

2. 动态内存函数的介绍

2.1 malloc和free

2.1.1 介绍malloc 

2.1.2 介绍free

 2.2 calloc

2.3 realloc

3. 常见的动态内存错误 

3.1 对NULL指针的解引用操作 

3.2 对动态开辟空间的越界访问 

 3.3 对非动态开辟内存使用free释放

 3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

 3.5 对同一块动态内存多次释放

3.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏） 

4. 几个经典的笔试题 

4.1 题目1：

4.2 题目2： 

4.3 题目3： 

4.4 题目4： 

总结 ：

---

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

2.1.1 介绍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，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。 

int* pf = (int*)malloc(10*sizeof(int));

 这里就开辟了10个空间大小的int类型

2.1.2 介绍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。 

注：malloc和free都声明在 stdlib.h 头文件

例：

未释放malloc

#include 
#include 
int main()
{
	int* pf = (int*)malloc(10*sizeof(int));
	if (pf == NULL)
	{
		//打印错误
		perror("malloc");
	}
	int i;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(pf + i) = i;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d  ", *(pf + i));
	}
  
}

 要养成一个好习惯，一旦进行开辟内存，一定要释放，不会会出现很多问题，后续我们会讲到

#include 
#include 
int main()
{
	int* pf = (int*)malloc(10*sizeof(int));
	if (pf == NULL)
	{
		//打印错误
		perror("malloc");
	}
	int i;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(pf + i) = i;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d  ", *(pf + i));
	}
   //释放malloc
	free(pf);
	pf = NULL;
}

 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：

1.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。
2.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。

区别：

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：

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

#include 
#include 
int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10,sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		//打印错误
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	int i;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d\n", *(p + i));
	}
    //假设10个整形空间不够，需要20个整形空间，这样写对吗？
 
	p=realloc(p, 20 * sizeof(int));
	free(p);
	pf = NULL;
	return 0;
}

 注：这里也有可能realloc开辟失败，如果继续存在在p中，会导致之前的数据也会丢失

应写成：

int* pf=realloc(p, 20 * sizeof(int));
	if (pf != NULL)
	{
		p = pf;
	}

realloc在调整内存空间的是存在两种情况：

 

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。 

3. 常见的动态内存错误 

3.1 对NULL指针的解引用操作 

#include 
#include 
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	*p = 20;//ok?
}

这样写是否正确呢？

解析：这种写法是错误的，万一malloc开辟失败，不能对NULL指针进行解引用操作

正确写法：

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

3.2 对动态开辟空间的越界访问 

 

本来开辟了10个整形，而却需要11个整形，这就越界了，所以系统会崩溃 

 3.3 对非动态开辟内存使用free释放

 

 提示：free函数只能释放malloc，calloc，realloc这种开辟出来的内存，而这里a是在栈空间上开辟的内存，所以也是错误。

 3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

 

解析： 现在p指向第六个位置，不能中通开辟，必须要把所有开辟的空间使用完，或者 让p指向起始位置，不能都会出现错误。

注：这里强调一般开辟好了p，最好不要动p的位置，可以再定义一个指针来接收p

#include 
#include 
int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10 ,sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror(calloc);
		return 1;
	}
	int* ppp = p;
	int i;
	for (i = 0; i < 5 ; i++)
	{
		*ppp= i;
		ppp++;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

 3.5 对同一块动态内存多次释放

解析：不能进行多次释放，如果释放了一定要把指针置为NULL指针，这样也不会出现错误。

3.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏） 

#include 
#include 
void test()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	if (1)
	{
		return 0;
	}
	free(p);
	p = NULL;
}
int main()
{
	test();
	while (1);
}

解析：进入到test函数里面，开辟了100个空间的p，但if判断为真了，直接返回到main函数里面，test函数里面的malloc根本来不及释放，这就会导致了内存泄漏的问题 ，根本来不及释放，所以那段空间就直接浪费了，找也找不到。

 正确写法：

#include 
#include 
int* test()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	if (1)
	{
		return p;
	}
	free(p);
	p = NULL;
}
int main()
{
	int* ret=test();
	free(ret);
	ret = NULL;
	while (1);
}

解析：万一来不及释放，我们可以返回它的地址，到main函数里面释放 。

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 

4.1 题目1：

#include 
#include 
void GetMemory(char* p)
{
	p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(str);
	strcpy(str, "hello world");
	printf(str);
}
int main()
{
	Test();
}

解析： 很明显的错误，进入到GetMemory函数中，malloc开辟了p之后，退出了这个函数p也被销毁了，所以str还是NULL指针

错误1：对str NULL解引用操作，程序崩溃

错误2：malloc未的及释放

正确写法：

#include 
#include 
void GetMemory(char** p)
{
    *p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
    char* str = NULL;
    GetMemory(&str);
    strcpy(str, "hello world");
    printf(str);
    free(str);
    str = NULL;
}
int main()
{
    Test();
}

 把str的地址放进去，改动的就是str；

#include 
#include 
char* GetMemory(char* p)
{
	p = (char*)malloc(100);
	return p;
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	str=GetMemory(str);
	strcpy(str, "hello world");
	printf(str);
	free(str);
	str = NULL;
}
int main()
{
	Test();
}

 接收p的地址

4.2 题目2： 

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

 

解析：这里可以看见虽然str已经拿到p的地址，但由于p是局部变量，p的内容出来函数已经销毁了，所以找不到“hello world”这块内容了，str已经是野指针了，打印的是一些随机值 

4.3 题目3： 

#include 
#include 
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();
}

 解析：虽然打印出来了，但是少了free函数，记得开辟完一定要释放

4.4 题目4： 

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

 

解析：别看打印出来了，其实有很多的错误 

虽然free(str)函数，但并没有把它置为NULL指针，所以str现在为野指针了 ，所以依然打印出来了

---

总结 ：

本篇文章详细介绍了四个动态内存函数，以及常见的动态内存错误，几个经典的笔试题

看到这里的铁铁们，要是对你们有帮助的话，可以给小编一个大大的三连！！！

如果有不对的地方，可以私信我，谢谢各位大佬们！！！