• 动态内存管理

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    动态内存管理

    回忆一下我们 如何使用 在vs 上开辟内存

    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

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    是不是这样 但是

    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。

    动态内存函数

    malloc

    C语言提供了一个动态内存开辟的函数

    void* malloc (size_t size);

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    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。

    malloc 的 使用

    #include<errno.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	// 这里 在栈上开辟 40 个 字节
	int* arr2 = (int*)malloc(40);
	// 通过 mallco 在堆区 开辟40 个字节
	// 这里函数可能失败
	if (arr2 == NULL)
	{
		printf("%s", strerror(errno));
		return 1;
		// 这里返回 1 异常返回
	}
	// 来到这里说明 开辟成功
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		arr2[i] = i;
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", arr2[i]);
	}
	// 这里 返回 0表示正常返回
    这里 补充一下， 这里 我们 没有free 
        并不是说内存空间就不回收了
        当程序退出的时候，系统会自动回收内存空间
	return 0;
}

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    在这里插入图片描述

    free

    这里 我们 开辟 完空间，需要去 关闭 我们开辟的空间，

    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);

    • 1

    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 
int main()
{
    //代码1
    int num = 0;
    scanf("%d", &num);
    int arr[num] = {0};
    
    //代码2
    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;
}

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    这里 最后的 ptr 需要置为空， 因为，我们 将malloc 开辟的空件 使用 free 释放了，但是 ptr 还是存放 着之前的地址，那么这时不置为空就会出先，非法访问了

    这里就好比 ，你 和你 女朋友 分手了，但你还 有 你 女朋友的 电话，你 天天打电话去 骚扰人家，是不是就 犯法了，这里就是这样的。所以，我们使用free 释放了

    malloc 开辟的空间就需要 将 指针置为空。

    calloc

    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)

    • 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。
    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 
#include 
int main()
{
    int *p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
    if(NULL != p)
	{
   	 //使用空间
	}
    这里 我们 calloc 开辟的 空间 同样可以 使用 free来释放空间
        free(p);
        p = NULL;
        return 0;
}


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    这里 与 malloc 的 区别就是 calloc 开辟空间 会将开辟的空间 全部初始化0，

    calloc == malloc + memset

    在这里插入图片描述

    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。

    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
    

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    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

    在这里插入图片描述

    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。

    realloc 的使用

    #include 
int main()
{
    int *ptr = (int*)malloc(100);
    if(ptr != NULL)
    {
      //业务处理
    }
    else
    {
      exit(EXIT_FAILURE);  
    }
//扩展容量
//代码1
    ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//这样可以吗？(如果申请失败会如何？)
//代码2
    int*p = NULL;
    p = realloc(ptr, 1000);
	if(p != NULL)
    {
    	ptr = p;
    }
//业务处理
    free(ptr);
    return 0;
}

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    学了 动态开辟内存函数 那么这里我们 对上次 写的通讯录来 改造一下

    动态版本的 通讯录

    

添加联系人信息
删除指定联系人信息
查找指定联系人信息
修改指定联系人信息
显示所有联系人信息
清空所有联系人
以名字排序所有联系人

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include "contact.h"

void menu()
{
	printf("*******************************************\n");
	printf("******    1.add                2.del ******\n");
	printf("******    3.search             4.modify****\n");
	printf("******    5.show               6.clear  ****\n");
	printf("******    7.sortName           0.exit *****\n");
	printf("*******************************************\n");

}
enum option
{
	EXIT,
	ADD,
	DEL,
	SEARCH,
	MODIFY,
	SHOW,
	CLEAR,
	SORTNAME
};
int main()
{
	int input = 0;
	Contact con;
	InitContact(&con);
	do
	{
		menu();
		printf("请选择：>");
		scanf("%d", &input);
		switch (input)
		{
		case ADD:
			AddContact(&con);
			break;
		case DEL:
			DelContact(&con);
			break;
		case SEARCH:
			SearchContact(&con);
			break;
		case MODIFY:
			ModifyContact(&con);
			break;
		case SHOW:
			ShowContact(&con);
			break;
		case CLEAR:
			ClearContact(&con);
			break;
		case SORTNAME:
			SortContact(&con);
			break;
		case EXIT:
			DestroyContact(&con);
			printf("退出通讯录\n");
			break;
		default:
			printf("选择错误\n");
			break;
		}
	} while (input);
	return 0;
}


函数 实现
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include "contact.h"
int InitContact(Contact* pc)
{
	assert(pc);
	pc->count = 0;
	pc->data = (PeoInfo*)calloc(3,sizeof(PeoInfo));
	if (pc->data == NULL)
	{
		printf("InitContact:%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	pc->capacity = DEFAULT_SZ;
	return 0;
}


void CheckCapacity(Contact* pc)
{
	if (pc->count == pc->capacity)
	{
		PeoInfo* ptr = realloc(pc->data, (pc->capacity + INC_SZ) * sizeof(PeoInfo));
		if (ptr == NULL)
		{
			printf("ADDContact:%s\n", strerror(errno));
			return;
		}
		else
		{
			pc->data = ptr;
			pc->capacity += INC_SZ;
			printf("增容成功\n");
		}
	}
}

//动态的版本
void AddContact(Contact* pc)
{
	assert(pc);
	CheckCapacity(pc);
	printf("请输入名字：");
	scanf("%s", pc->data[pc->count].name);
	printf("请输入年龄：");
	scanf("%d", &pc->data[pc->count].age);
	printf("请输入性别：");
	scanf("%s", pc->data[pc->count].sex);
	printf("请输入电话：");
	scanf("%s", pc->data[pc->count].tele);
	printf("请输入地址：");
	scanf("%s", pc->data[pc->count].addr);

	pc->count++;
	printf("增加成功\n");
}



void ShowContact(const Contact* pc)
{
	assert(pc);
	int i = 0;
	printf("%-20s\t%-5s\t%-5s\t%-12s\t%-30s\n", "名字", "年龄", "性别", "电话", "地址");
	for (i = 0; i < pc->count; i++)
	{
		printf("%-20s\t%-3d\t%-5s\t%-12s\t%-30s\n", pc->data[i].name, pc->data[i].age,
			pc->data[i].sex, pc->data[i].tele, pc->data[i].addr);
	}
}

static int FindByName(Contact* pc, char name[])
{
	assert(pc);
	int i = 0;
	for (i = 0; i < pc->count; i++)
	{
		if (0 == strcmp(pc->data[i].name, name))
		{
			return i;
		}
	}
	return -1;
}

void DelContact(Contact* pc)
{
	char name[MAX_NAME] = { 0 };
	assert(pc);
	int i = 0;
	if (pc->count == 0)
	{
		printf("通讯录为空，没有信息可以删除\n");
		return;
	}
	printf("请输入要删除人的名字:>");
	scanf("%s", name);

	//查找
	int pos = FindByName(pc, name);

	if (pos == -1)
	{
		printf("要删除的人不存在\n");
		return;
	}
	//删除
	for (i = pos; i < pc->count - 1; i++)
	{
		pc->data[i] = pc->data[i + 1];
	}
	pc->count--;
	printf("删除成功\n");
}


void SearchContact(Contact* pc)
{
	char name[MAX_NAME] = { 0 };
	assert(pc);
	printf("请输入要查找人的名字：>");
	scanf("%s", name);
	int pos = FindByName(pc, name);
	if (pos == -1)
	{
		printf("要查找的人不存在\n");
		return;
	}
	else
	{
		printf("%-20s\t%-5s\t%-5s\t%-12s\t%-30s\n", "名字", "年龄", "性别", "电话", "地址");
		printf("%-20s\t%-3d\t%-5s\t%-12s\t%-30s\n", pc->data[pos].name, pc->data[pos].age,
			pc->data[pos].sex, pc->data[pos].tele, pc->data[pos].addr);
	}

}


void ModifyContact(Contact* pc)
{
	char name[MAX_NAME] = { 0 };
	assert(pc);
	printf("请输入要修改人的名字：>");
	scanf("%s", name);
	int pos = FindByName(pc, name);
	if (pos == -1)
	{
		printf("要修改的人不存在\n");
		return;
	}
	else
	{
		printf("请输入名字：");
		scanf("%s", pc->data[pos].name);
		printf("请输入年龄：");
		scanf("%d", &pc->data[pos].age);
		printf("请输入性别：");
		scanf("%s", pc->data[pos].sex);
		printf("请输入电话：");
		scanf("%s", pc->data[pos].tele);
		printf("请输入地址：");
		scanf("%s", pc->data[pos].addr);
		printf("修改成功\n");
	}

}


void ClearContact(Contact* pc)
{
	assert(pc);
	pc->count = 0;
	memset(pc->data, 0, sizeof(pc->data));
	printf("清空成功！\n");

}



int cmp_by_name(const void* e1, const void* e2)
{
	return strcmp(((PeoInfo*)e1)->name, ((PeoInfo*)e2)->name);
}
void SortContact(Contact* pc)
{
	assert(pc);
	for (int i = 0; i < pc->count - 1; i++)
	{
		qsort(pc->data, pc->count, sizeof(pc->data[0]), cmp_by_name);
	}
	printf("排序成功！\n");
}



void DestroyContact(Contact* pc)
{
	assert(pc);
	free(pc->data);
	pc->data = NULL;

}


函数声明
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS


#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>


#define DEFAULT_SZ 3
#define INC_SZ 2
#define MAX 1000
#define MAX_NAME 20
#define MAX_SEX 10
#define MAX_TELE 12
#define MAX_ADDR 30
typedef struct PeoInfo
{
	char name[MAX_NAME];
	int age;
	char sex[MAX_SEX];
	char tele[MAX_TELE];
	char addr[MAX_ADDR];
}PeoInfo;

typedef struct Contact
{
	PeoInfo* data;
	int count;
	int capacity;
}Contact;

//初始化
int InitContact(Contact* pc);

//添加
void AddContact(Contact* pc);

//打印
void ShowContact(const Contact* pc);

//删除
void DelContact(Contact* pc);

//查找
void SearchContact(Contact* pc);

//修改
void ModifyContact(Contact* pc);

//清空
void ClearContact(Contact* pc);

//排序
void SortContact(Contact* pc);

//销毁
void DestroyContact(Contact* pc);



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    通讯录完成 了 ，接下来 我们来看看 动态内存 中 的 常见错误

    常见的动态内存错误

    1.对NULL指针的解引用操作

    我们 malloc 开辟的空间如果没有判断是不是 p == null 这时我们使用这块空间就会报错

    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);
}

改正
void test()
{
    int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);
    if(p == null){
       	printf("%s", strerror(errno));
        return 1;
    }
    free(p);
}

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    2.对动态开辟空间的越界访问

    如果我们开辟的空间太小，我们 存入的 数据大于 它开辟的空间，就会出现越界访问，

    void test()
{
    int i = 0;
    int *p = (int *)malloc(10*sizeof(int));
    // 这里 只 开辟 了 40个 字节
    if(NULL == p)
    {
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    // 当i == 10时 就会 出现 越界访问
    for(i=0; i<=10; i++)
    {
        *(p+i) = i;//当i是10的时候越界访问
    }
	free(p);
}

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    3.对非动态开辟内存使用free释放

    如果 我们 没有开辟 空间，但 使用 free 去释放 ，那么 也会报错

    void test()
{
    int a = 10;
    int *p = &a;
    free(p);
}

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    坑定 有人 会说 谁 会 这样 呢，但 难免 有时候 我们 昏头的 时候，所以这里 成 为了 动态 内存的 常见错误

    4.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
}

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    5.动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

    void test()
{
    int *p = (int *)malloc(100);
   int flag = 0;
    scanf("%d",&flag);
    if(flag == 5)
    {
        return;
    }
    free(p);
    p == NULL;
}
flag == 5 退出 函数， p 就被 释放了
int main()
{
    test();
    while(1);
}
来看这代码，这里 flag == 5 就 退出了 函数 是不是 就 没有 free 去释放，这里就会出现内存泄露，

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    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

    接下来我们来完成几道经典的笔试题

    几个经典的笔试题

    题目1

    请问运行Test 函数会有什么样的结果？

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

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    GetMemory 所需要的参数 是 char* p 这里 我们 可以传地址也可以传 一个char* 的变量， 这里我们 创建的str 就是 一个char*的变量，传给 了 GetMemory这里是不是就是传值，那么 p 作为形参，形参的改变并不会影响实参，所以这里 strcpy 就会错误，程序崩溃

    那么这里就可以这样修改

    void GetMemory(char **p)
{ // 传入的是 一级指针的地址，那么需要二级指针来接收
	p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
    char *str = NULL;
    //这里可以将 str 传入GetMemory
    GetMemory(&str);
    strcpy(str, "hello world");
    printf(str);
}

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    题目2

    请问运行Test 函数会有什么样的结果？

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

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    这里程序会报错 不会打印出 hello world

    这里我们 的 p 返回了 首元素地址，传给了str，这时，我们 函数结束p开辟的空间 返回给操作系统，这时str 还是 拿到了 之前p的首元素地址（相当于野指针），那么这里打印就会出现问题，

    题目3

    请问运行Test 函数会有什么样的结果？

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


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    在这里插入图片描述

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

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    题目4：

    请问运行Test 函数会有什么样的结果？

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

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    这里 我们 malloc 开辟空间失败，那么 str == NULL 那么 strcpy ，程序崩溃

    另外 这里 我们 str 被 释放 但是还是 存放 之前的地址，那么 我们 if 语句就会进去，那么 str == NULL ， 去 打印 world 就会出现野指针问题

    改正

    void Test(void)
{
    char *str = (char *) malloc(100);
    if(str == null)
    {
    	printf("%s",strerror(errno));
    	return 1;
    
    }
    strcpy(str, "hello");
    free(str);
    str = NULL;
}

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    C/C++程序的内存开辟

    这里数据段 也可以叫做静态去，如果 被static 修饰的变量 存放 在 静态区，全局变量 也是 放在 静态区， 如果 使用 动态内存函数开辟的空间都是堆区开辟的

    在这里插入图片描述

    柔性数组

    也许你从来没有听说过柔性数组（flexible array）这个概念，但是它确实是存在的。
    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。

    如：

    typedef struct st_type
{
    int i;
    int a[0];//柔性数组成员
}type_a;	

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    有些编译器会报错无法编译可以改成：

    typedef struct st_type
{
    int i;
    int a[];//柔性数组成员
}type_a;

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    柔性数组的特点：

    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

    如：

    //代码1
int i = 0;
type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int));
//业务处理
p->i = 100;
for(i=0; i<100; i++)
{
	p->a[i] = i;
}
free(p);

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    这样柔性数组成员a，相当于获得了100个整型元素的连续空间。

    柔性数组的优势

    //代码2
typedef struct st_type
{
    int i;
    int *p_a;
}type_a;

type_a *p = (type_a *)malloc(sizeof(type_a));

p->i = 100;

p->p_a = (int *)malloc(p->i*sizeof(int));
//业务处理
    for(i=0; i<100; i++)
    {
        p->p_a[i] = i;
    }
    //释放空间
    free(p->p_a);
    
    p->p_a = NULL;
    free(p);
    
    p = NULL;

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    这种创建的空间 也是 在堆区，但是相比 柔性 数组这里 释放 就需要 两次释放

    第一个好处 方便内存释放

    如果我们的代码是在一个给别人用的函数中，你在里面做了二次内存分配，并把整个结构体返回给
    用户。用户调用free可以释放结构体，但是用户并不知道这个结构体内的成员也需要free，所以你
    不能指望用户来发现这个事。所以，如果我们把结构体的内存以及其成员要的内存一次性分配好
    了，并返回给用户一个结构体指针，用户做一次free就可以把所有的内存也给释放掉

    第二个好处 这样有利于访问速度

    连续的内存有益于提高访问速度，也有益于减少内存碎片。（其实，我个人觉得也没多高了，反正
    你跑不了要用做偏移量的加法来寻址）

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/mu_tong_/article/details/125835164