前言
大家在編寫C程序的時候，是否會遇到數(shù)組空間不夠大，或者一次性就把空間開大了，
又怕造成空間開銷浪費等內(nèi)存大小相關(guān)問題不得其解的時候呢？
那么這一章內(nèi)容將會給你帶來解決這類問題的好辦法——動態(tài)內(nèi)存開辟
目錄
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為什么要動態(tài)內(nèi)存分配
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動態(tài)內(nèi)存函數(shù)的介紹
- malloc與free
- calloc
- realloc
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常見的動態(tài)內(nèi)存錯誤
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一些動態(tài)內(nèi)存的筆試題
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內(nèi)容補充說明（C/C++程序內(nèi)存分配的幾個區(qū)域）
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特加內(nèi)容（柔性數(shù)組）
正文
為什么要動態(tài)內(nèi)存分配
其實我們平時類似于下面這樣的開辟內(nèi)存空間都是在棧上開辟的！至于棧是什么？——這里不用過多理解，先知道！
int a=20；//在?？臻g上開辟四個字節(jié)
int arr[20];//在?？臻g上開辟10個字節(jié)的連續(xù)空間
上面的開辟方式有以下幾個特點：
- 空間開辟大小是固定的
- 數(shù)組在申明的時候，必須指定數(shù)組的長度，它所需要的內(nèi)存在編譯時分配
但是在實現(xiàn)的情況下：
對于空間的需求，不僅僅是上述的情況。有時候我們需要的空間大小在程序運行的時候才能知道，
那數(shù)組的編譯時開辟空間的方式就不能滿足了。
這時候就只能試試動態(tài)存開辟了。
所以動態(tài)內(nèi)存的開辟是很有必要
而且動態(tài)內(nèi)存開辟的空間是在堆區(qū)上開辟的，下面是C語言內(nèi)存的劃分區(qū)域圖
動態(tài)內(nèi)存函數(shù)的介紹
想使用動態(tài)內(nèi)存開辟空間，其實只需掌握以下幾個函數(shù)即可！
接下來就是函數(shù)的介紹與使用，當你理解后再去使用將會比較容易上手！
1.malloc與free
其實C語言提供了一個動態(tài)內(nèi)存開辟的函數(shù)：
void* malloc (size_t size);//size_t本質(zhì)上是unsigned int類型
這個函數(shù)向內(nèi)存申請一塊連續(xù)可用的空間，并返回指向這塊空間的指針。
它的特點：
- 如果開辟成功，則返回一個指向開辟好空間的指針。
- 如果開辟失敗，則返回一個NULL指針，因此malloc的返回值一定要做檢查。
- 返回值的類型是 void* ，所以malloc函數(shù)并不知道開辟空間的類型，具體在使用的時候使用者自己來決定
- 如果參數(shù) size 為0，malloc的行為是標準是未定義的，取決于編譯器
可能單看文字你會迷迷糊糊的，說了一大堆，那究竟怎么使用呢？
舉個例子： 比如我要開辟一個有10個元素的整型數(shù)組！
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>//malloc所需的頭文件
int main()
{
//int arr[10];//在棧區(qū)開辟10個int類型的空間
int* pa = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);//向堆區(qū)申請10個int類型的空間
if (pa == NULL)//判斷是否申請失敗
{
printf("malloc fail!\n");
return 1;
}
free(pa);//釋放內(nèi)存
pa = NULL;
return 0;
}
-
注意一：
不知道大家注意到?jīng)]有，我們malloc動態(tài)開辟內(nèi)存是需要向堆區(qū)申請的，所以有沒有可能會申請失敗呢？
答案是肯定！所以我們每次申請空間后都需要進行判斷是否申請成功，malloc函數(shù)申請失敗它們返回一個NULL。 -
注意二：
是否注意在malloc前面加了一個強制類型轉(zhuǎn)化，上面在講特點的時候提過，malloc返回的類型的void* 類型的指針，所以我們是需要根據(jù)自己所需進行轉(zhuǎn)化的！ -
注意三：
在結(jié)尾一定要把自己動態(tài)開辟的內(nèi)存進行釋放！這就要介紹一下free函數(shù)了！
free
C語言提供了另外一個函數(shù)free，專門是用來做動態(tài)內(nèi)存的釋放和回收的，函數(shù)原型如下
void free (void* ptr);//void* 可以接收任意類型的指針
可能有一些小伙伴看到free函數(shù)的參數(shù)類型是void*，就在想我要不要先將原來的類型強轉(zhuǎn)成void *再使用？
沒必要，因為void* 就像一個垃圾桶，可以接收任意類型的指針變量?。?！
特點：
- 如果參數(shù) ptr 指向的空間不是動態(tài)開辟的，那free函數(shù)的行為是未定義的
- 如果參數(shù) ptr 是NULL指針，則函數(shù)什么事都不做
一個特別的提醒：
- 使用完free函數(shù)，該函數(shù)只會將空間釋放，不會吧你的指針變量置空，這時候我們應(yīng)該養(yǎng)成良好的習(xí)慣，手動將指針置成NULL
//例如
free(pa);
pa=NULL;//手動置空
2.calloc
calloc函數(shù)它跟malloc函數(shù)的功能其實的大同小異的，只是參數(shù)和初始化不一樣?。?！
函數(shù)原型：
void* calloc (size_t num, size_t size);//num表示要多少個，size表示每一個的大小
特點：
- 函數(shù)的功能是為 num 個大小為 size 的元素開辟一塊空間，并且把空間的每個字節(jié)初始化為0。
- 與函數(shù) malloc 的區(qū)別只在于 calloc 會在返回地址之前把申請的空間的每個字節(jié)初始化為全0。
舉個例子： 還是開辟一個有10個整型的數(shù)組，這次用的是calloc
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
int* pa = (int*)calloc(10, sizeof(int));
if (pa == NULL)
{
printf("calloc fail!\n");
return 1;
}
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", pa[i]);
}
free(pa);
pa = NULL;
return 0;
}
看看它和malloc函數(shù)打印后的結(jié)果：
3.realloc
realloc 函數(shù)是可以幫我們進行擴容的?。?！挺好用的?。?！
它的出現(xiàn)讓動態(tài)內(nèi)存管理更加靈活
有時會我們發(fā)現(xiàn)過去申請的空間太小了，有時候我們又會覺得申請的空間過大了，那為了合理的時候內(nèi)存，我們一定會對內(nèi)存的大小做靈活的調(diào)整。那 realloc 函數(shù)就可以做到對動態(tài)開辟內(nèi)存大小的調(diào)整。
函數(shù)原型：
void* realloc (void* ptr, size_t size);
使用例子：我要在上面calloc開辟的10的int類型的空間上增加20個int類型的空間
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
//向堆區(qū)申請10個int類型的空間
int* pa = (int*)calloc(10, sizeof(int));
if (pa == NULL)//判斷是否申請失敗
{
printf("calloc fail!\n");
return 1;
}
//......
//假設(shè)內(nèi)存不夠了，需要擴容20個int類型的空間
int* tem = (int*)realloc(pa, sizeof(int) * 30);//用臨時變量存起來
if (tem != NULL)//擴容成功才能把地址給pa
{
pa = tem;
}
free(pa);
pa = NULL;
return 0;
}
注意點:
- ptr 是要調(diào)整的內(nèi)存地址
- size 調(diào)整之后新大小
- 返回值為調(diào)整之后的內(nèi)存起始位置。
- 這個函數(shù)調(diào)整原內(nèi)存空間大小的基礎(chǔ)上，還會將原來內(nèi)存中的數(shù)據(jù)移動到 新 的空間
-
realloc在調(diào)整內(nèi)存空間的是存在兩種情況：
- 情況1：原有空間之后有足夠大的空間
- 情況2：原有空間之后沒有足夠大的空間
- 不要直接把擴容后的地址賦值給原地址，如果沒有擴容成功，則函數(shù)會返回NULL，這時又直接就把NULL賦值給了原來地址，會導(dǎo)致無法再找回原有的地址，只需創(chuàng)建個臨時變量判斷即可
對于上述注意點的第五條兩個情況的解釋
情況1
當是情況1 的時候，要擴展內(nèi)存就直接原有內(nèi)存之后直接追加空間，原來空間的數(shù)據(jù)不發(fā)生變化
情況2
當是情況2 的時候，原有空間之后沒有足夠多的空間時，擴展的方法是：在堆空間上另找一個合適大小的連續(xù)空間來使用。這樣函數(shù)返回的是一個新的內(nèi)存地址。由于上述的兩種情況，realloc函數(shù)的使用就要注意一些
常見的動態(tài)內(nèi)存錯誤
通過上面的學(xué)習(xí)，你可能已經(jīng)會使用動態(tài)內(nèi)存開辟了，
但是新手在使用的時候難免會出現(xiàn)一些自己并不知道的bug！！！
下面給大家演示一些幾種常見的錯誤示范，讓你少走彎路?。?！
- 對NULL指針的解引用操作
void test()
{
int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);
*p = 20;//如果p的值是NULL，就會有問題
free(p);
}
結(jié)論：申請空間后一定要判斷是否申請成功了
- 對動態(tài)開辟空間的越界訪問
void test()
{
int i = 0;
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (p==NULL)
{
return 1;
}
for (i = 0; i <= 10; i++)
{
p[i] = i;//當i是10的時候越界訪問
}
free(p);
}
結(jié)論：無論是動態(tài)開辟的，還是非動態(tài)開辟的內(nèi)存都要注意邊界問題，避免越界
- 對非動態(tài)開辟內(nèi)存使用free釋放
void test()
{
int a = 10;
int *p = &a;
free(p);//典型的對非動態(tài)開辟的內(nèi)存錯誤釋放
}
結(jié)論：不能對非動態(tài)開辟的內(nèi)存進行釋放（malloc，ralloc，realloc都是動態(tài)開辟）
- 使用free釋放一塊動態(tài)開辟內(nèi)存的一部分
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
p=p+50;//有些人突然心血來潮覺得100太了，想釋放后半部分空間
free(p);//p不再指向動態(tài)內(nèi)存的起始位置
}
結(jié)論：使用free時，要注意傳過去的是動態(tài)內(nèi)存的起始地址，不能說釋放一點，只能一次性全部釋放
- 對同一塊動態(tài)內(nèi)存多次釋放
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
free(p);
free(p);//重復(fù)釋放
}
結(jié)論：重復(fù)釋放同一個空間，程序會崩潰，但是我們可以養(yǎng)成良好習(xí)慣，free完后手動把指針置空，比如下面的程序就不會崩潰
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
free(p);
p=NULL;
free(p);//重復(fù)釋放,p已經(jīng)為空，所以free不會做任何事情
}
因為把NULL傳給free它是不會干任何事情的?。。?/p>
- 動態(tài)開辟內(nèi)存忘記釋放（內(nèi)存泄漏，很嚴重）
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
if(NULL != p)
{
*p = 20;
}
}
int main()
{
test();
while(1);
}
上面這個程序是隨便舉個例子的，你運行起來的話，在任務(wù)管理器可以看到它的內(nèi)存占比會一直不斷增加
結(jié)論：動態(tài)開辟的內(nèi)存一定要記得釋放，一定要養(yǎng)成malloc，calloc，realloc這些函數(shù)與free一定是搭配使用的?。。?/p>
| 動態(tài)開辟的空間一定要釋放，并且正確釋放?。?！ |
一些動態(tài)內(nèi)存的筆試題
| 紙上得來終覺淺,絕知此事要躬行 |
既然我們學(xué)會了如何使用動態(tài)內(nèi)存函數(shù)了，那么想要深刻理解它，就要刷題了！！
只要做題才知道自己理解得怎么樣了，才知道自己有沒有掌握。
題目1
//請問運行Test 函數(shù)會有什么樣的結(jié)果？
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
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();
return 0;
}
請問運行Test 函數(shù)會有什么樣的結(jié)果？
答案：什么也不會輸出，程序會崩潰。
原因：
- 首先它沒有可能存在內(nèi)存泄漏（次要原因，但不是導(dǎo)致它程序崩潰的原因）
- 傳參的時候傳的是形參，是無法修改str的，所以str一直的NULL
- 使用strcpy的時候，傳過去的是NULL空指針，strcpy會對NULL進行解引用（*），就是非法訪問的（崩潰的原因）
題目2
//下面程序輸出什么
char* GetMemory(void)
{
char p[] = "hello world";
return p;
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
str = GetMemory();
printf(str);
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
請問運行Test 函數(shù)會有什么樣的結(jié)果？
答案：
原因：
- 野指針問題， 本質(zhì)就是在調(diào)用GetMemory這個函數(shù)的時候，它確實是把p的地址帶回來給了str，但是，數(shù)組p只是一個在GetMemory函數(shù)里的一個局部變量，只要出了這個函數(shù)，它就被銷毀了，所以p已經(jīng)是一個野指針了，打印的是隨機值。
題目三
下面程序輸出什么，有沒有什么錯誤？
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();
return 0;
}
答案：輸出：hello，有錯誤。
原因：
- 我們上面講過，申請內(nèi)存是不是可能出現(xiàn)失敗的情況，所以是需要判斷是否申請成功的，但是這里并沒有！
- 還記得我們說過使用malloc這樣的函數(shù)的時候，要搭配free使用嗎！這里雖然可以正常打印，但是呢，卻存在內(nèi)存泄漏的隱患，因為它沒有釋放內(nèi)存！
題目四
下面程序有什么錯誤？
void Test(void)
{
char* str = (char*)malloc(100);
strcpy(str, "hello");
free(str);
if (str != NULL)
{
strcpy(str, "world");
printf(str);
}
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
錯誤：
- 還是沒有判斷是否開辟成功，可能會出現(xiàn)開辟失敗，造成程序崩潰的錯誤隱患
- 釋放完沒有對str置空，我們說過，free之后要養(yǎng)成手動置空，因為free是不會幫我們把str置空的，所以str被free之后，已經(jīng)變成了野指針了，它就能進到下面的if語句，然后又會非法訪問?。?！
內(nèi)容補充說明（C/C++程序內(nèi)存分配的幾個區(qū)域）
- 棧區(qū)（stack）：在執(zhí)行函數(shù)時，函數(shù)內(nèi)局部變量的存儲單元都可以在棧上創(chuàng)建，函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時這些存儲單元自動被釋放。棧內(nèi)存分配運算內(nèi)置于處理器的指令集中，效率很高，但是分配的內(nèi)存容量有限。 棧區(qū)主要存放運行函數(shù)而分配的局部變量、函數(shù)參數(shù)、返回數(shù)據(jù)、返回地址等。
- 堆區(qū)（heap）：一般由程序員分配釋放， 若程序員不釋放，程序結(jié)束時可能由OS回收 。分配方式類似于鏈表。
- 數(shù)據(jù)段（靜態(tài)區(qū)）（static）存放全局變量、靜態(tài)數(shù)據(jù)。程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放。
- 代碼段：存放函數(shù)體（類成員函數(shù)和全局函數(shù)）的二進制代碼。
特加內(nèi)容（柔性數(shù)組）
也許你從來沒有聽說過柔性數(shù)組（flexible array）這個概念，但是它確實是存在的。
C99 中，結(jié)構(gòu)中的最后一個元素允許是未知大小的數(shù)組，這就叫做『柔性數(shù)組』成員
比如像下面這樣的定義就是柔性數(shù)組
struct S
{
int i;
int a[0];//柔性數(shù)組成員
};
可能上面的定義有的編譯器可能編譯不過，下面這個就可以
struct S
{
int i;
int a[];//柔性數(shù)組成員
};
特點：
- 結(jié)構(gòu)中的柔性數(shù)組成員前面必須至少一個其他成員
- sizeof 返回的這種結(jié)構(gòu)大小不包括柔性數(shù)組的內(nèi)存
- 包含柔性數(shù)組成員的結(jié)構(gòu)用malloc ()函數(shù)進行內(nèi)存的動態(tài)分配，并且分配的內(nèi)存應(yīng)該大 于結(jié)構(gòu)的大小，以適應(yīng)柔性數(shù)組的預(yù)期大小
例如：當我們計算它的大小的時候
至于它的使用，本質(zhì)上就是當我們需要多大空間的時候，我們對柔性數(shù)組中的int a[]進行動態(tài)內(nèi)存開辟即可！
這里不打算過多介紹！
只是單單交代它的存在性！
它的好處有以下幾點文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-404654.html
- 方便內(nèi)存釋放
- 這樣有利于訪問速度（連續(xù)的內(nèi)存有益于提高訪問速度，也有益于減少內(nèi)存碎片）
本章完！文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-404654.html
到了這里，關(guān)于【深入理解C】動態(tài)內(nèi)存管理的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
