【零基础C语言】动态内存管理
目录
1.动态内存分配的意义
在C语言中我们常常写到这样的代码
int arr[10] = { 0 };
int a = 10;这样开辟空间的大小是固定的，并且数组一旦声明后，必须指定长度
这意味着数组的空间大小一旦确定就无法更改
为了解决这个问题，C语言中引入了动态内存管理，它可以让我们自由的分配和释放空间。
2. malloc 函数
头文件 - stdlib.h
作用：C语言中一个可以开辟动态内存的函数
函数原型：
void* malloc(size_t size);
size_t size - 需要开辟空间的大小
void* - 返回指向开辟空间的指针
开辟成功，返回指向开辟空间的指针
开辟失败，返回NULL指针
3. free 函数
头文件 - stdlib.h
作用：专门用来给动态内存释放和回收的
函数原型：
void free (void* ptr);
void* ptr - 传入指向需要释放的动态空间的指针
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。
使用：
#include <stdlib.h>
int main()
{
int num = 0;
scanf("%d", &num);
int arr[num] = { 0 };
int* ptr = (int*)malloc(num * sizeof(int));
if (NULL != ptr)
{
int i = 0;
for (i = 0; i < num; i++)
{
*(ptr + i) = 0;
}
}
free(ptr);
ptr = NULL;
return 0;
}
int main()
{
int arr[5] = { 0 };
int* ptr = (int*)malloc(5 * sizeof(int));
if (NULL != ptr)
{
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++)
{
*(ptr + i) = i + 1;
}
for (int j = 0; j < 5; j++)
{
printf("%d ", arr[j]);
}
}
free(ptr);
ptr = NULL;
return 0;
}4.calloc 函数
头文件 - stdlib.h
作用：初始化并且开辟空间
函数原型：
void* calloc (size_t num, size_t size);
size_t num - 要分配的元素个数
size_t size - 要分配的元素大小
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;
}5.realloc 函数
头文件 - stdlib.h
作用：realloc 函数就可以做到对动态开辟内存⼤⼩的调整。
函数原型
void* realloc(void* ptr, size_t size);
void* ptr - 指向需要调整的地址
size_t size - 调整后的大小
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
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
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int* ptr = (int*)malloc(100);
if (NULL != ptr)
{
// .....
}
else
{
return 1;
}
//扩容
int* p = realloc(ptr, 1000);
if (NULL != p)
{
ptr = p;
}
free(ptr);
ptr = NULL;
p = NULL;
return 0;
}6.常见的动态内存错误
6.1 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);
}6.2 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);
p = NULL;
}6.3 对非动态开辟内存使⽤free释放
void test()
{
int a = 10;
int* p = &a;
free(p);
}6.4 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
}
6.5 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
}6.6 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);
}7. 动态内存笔试题
// 题⽬1：
void GetMemory(char* p)
{
p = (char*)malloc(100); // p 将会在出GetMemory后销毁，生命周期结束
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
GetMemory(str); // 传值调用，无法对str进行修改，str还是指向NULL
strcpy(str, "hello world");
printf(str);
}
int main()
{
GetMemory();
return 0;
}
//题⽬2：
char* GetMemory(void)
{
char p[] = "hello world";
return p; // p是一个指针，指向p[]的首元素地址，但是p[]在出了函数会销毁
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
str = GetMemory(); // str 接受的 p指针是一个野指针
printf(str);
}
//题⽬3：
void GetMemory(char** p, int num) //char** - 接收 char*
{
*p = (char*)malloc(num);
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
GetMemory(&str, 100); // 传址调用
strcpy(str, "hello"); //整个代码逻辑没有问题，缺点是会出现内存泄漏，需要补上
printf(str);
//补上：
free(str);
str = NULL;
}
//题⽬4：
void Test(void)
{
char* str = (char*)malloc(100);
strcpy(str, "hello");
free(str); // 这里释放str，后面的调用就失效了
if (str != NULL)
{
strcpy(str, "world");
printf(str);
}
}8. 柔性数组
8.1 什么是柔性数组
typedef struct S
{
int i;
int a[0];// 柔性数组
}s;
// 柔性数组 - 指的就是结构体中最后一个成员是未知大小的数组8.2 柔性数组的特点
1.结构中的柔性数组成员前⾯必须⾄少⼀个其他成员。
2.sizeof返回的这种结构⼤⼩不包括柔性数组的内存。
3.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。
typedef struct S
{
int i;
int a[0];// 柔性数组
}s;
int main()
{
printf("%zd\n", sizeof(s));
return 0;
}8.3 柔性数组的使用
typedef struct S
{
int i;
int a[0];// 柔性数组
}s;
int main()
{
int i = 0;
s* p = (s*)malloc(sizeof(s) + 100 * sizeof(int));
p->i = 100;
for (i = 0; i < 100; i++)
{
p->a[i] = i;
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}