一文帶你了解動態(tài)內(nèi)存管理

這篇具有很好參考價值的文章主要介紹了一文帶你了解動態(tài)內(nèi)存管理。希望對大家有所幫助。如果存在錯誤或未考慮完全的地方，請大家不吝賜教，您也可以點(diǎn)擊"舉報違法"按鈕提交疑問。

動態(tài)內(nèi)存存在的意義

動態(tài)內(nèi)存函數(shù)的介紹

malloc和free

calloc

realloc

常見的動態(tài)內(nèi)存錯誤

對NULL指針解引用操作

對動態(tài)開辟的空間的越界訪問

對非動態(tài)開辟內(nèi)存使用free釋放

使用free釋放一塊動態(tài)開辟內(nèi)存的一部分

對同一塊內(nèi)存多次釋放

動態(tài)開辟內(nèi)存忘記釋放

經(jīng)典的筆試題

C/C++程序的內(nèi)存開辟

柔性數(shù)組?

柔性數(shù)組的特點(diǎn)

柔性數(shù)組的使用

柔性數(shù)組的優(yōu)點(diǎn)

動態(tài)內(nèi)存存在的意義

int a = 10;
int arr[10] = { 0 };

上面變量開辟的空間有兩個特點(diǎn)：
空間開辟的大小是固定的

數(shù)組在聲明的時候，必須指定數(shù)組的長度，它需要的內(nèi)存在編譯時分配

但是，我們有的時候空間的需要大小在程序運(yùn)行的時候才知道，數(shù)組的編譯是開辟空間的方式就不能滿足了。這時候就需要動態(tài)內(nèi)存開辟了。

動態(tài)內(nèi)存函數(shù)的介紹

malloc和free

void* malloc (size_t size)

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?malloc函數(shù)向內(nèi)存申請一塊連續(xù)可用的空間，返回指向這塊空間的指針。

注意：
如果開辟成功，則返回一個指向這塊空間的指針。、

如果開辟失敗，則返回一個空指針，使用malloc的返回值要做檢查

返回值的類型是void*類型，malloc不知道開辟空間的類型，需要使用者自己來決定。

如果size為0，malloc的行為是屬于標(biāo)準(zhǔn)未定義的

C語言還提供了另一個函數(shù)free，是用來釋放動態(tài)內(nèi)存的。

void free (void* ptr)

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?free函數(shù)是用來釋放動態(tài)開辟的內(nèi)存

如果參數(shù)ptr指向的不是動態(tài)開辟的空間，這種行為是標(biāo)準(zhǔn)未定義的。

如果參數(shù)ptr是NULL指針，則函數(shù)什么事都不會做

malloc和free的聲明都在stdlib.h中

舉個栗子：

要注意把ptr變?yōu)镹ULL，不然它就是野指針了

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	int* ptr = (int*)malloc(40);
	if (ptr == NULL)
		return 1;
	for (int i = 0; i < 20; i++)
	{
		*(ptr + i) = i;
	}
	free(ptr); //釋放空間
	ptr = NULL;//把ptr變?yōu)镹ULL，不然他是野指針
	return 0;
}

calloc

void* calloc (size_t num, size_t size）

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?calloc將num個大小為size的元素初始化為0

與malloc的區(qū)別在于calloc會在返回地址前將申請的空間全部初始化為0

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

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realloc

void* realloc (void* ptr, size_t size)

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?realloc的出現(xiàn)可以讓動態(tài)內(nèi)存管理變得更加靈活。有時我們會發(fā)現(xiàn)過去申請的空間太小了，又有時覺得太大了。為了合理管理內(nèi)存，我們一定會對內(nèi)存的大小進(jìn)行調(diào)整。realloc就可以做做到對動態(tài)開辟內(nèi)存大小地調(diào)整。

ptr是要調(diào)整內(nèi)存地地址

size是調(diào)整后的大小

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，會將原空間上的數(shù)據(jù)移動到新的空間

realloc在調(diào)整原內(nèi)存空間有兩種情況：
1 原有空間之后有足夠大的空間

2 原有空間之后沒有足夠大的空間

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情況一：要擴(kuò)展內(nèi)存的時候就直接在原有內(nèi)存后面追加空間，原來空間的數(shù)據(jù)不發(fā)生變化。

情況二：原有空間之后沒有足夠的空間時，會在對堆上找另一塊空間來使用，函數(shù)返回的就是這個新的內(nèi)存地址。?

?栗子：

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
		return 1;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}

	int* ptr = (int*)realloc(p, 50);
	if (ptr == NULL)
		return 1;
	p = ptr;
	ptr = NULL;
	for (int i = 0; i < 20; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

常見的動態(tài)內(nèi)存錯誤

對NULL指針解引用操作

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);
}

這里沒有對p進(jìn)行判斷，如果malloc申請空間失敗的話，他就會為空指針，對空指針解引用就會出現(xiàn)問題。

對動態(tài)開辟的空間的越界訪問

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;//當(dāng)i是10的時候越界訪問
 }
 free(p);
}

觀察代碼我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)i等于10時，會越界訪問，導(dǎo)致不可控的因素。

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);
}

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++;
 free(p);//p不再指向動態(tài)內(nèi)存的起始位置
}

p指針移動后釋放會導(dǎo)致一部分內(nèi)存無法釋放

對同一塊內(nèi)存多次釋放

void test()
{
 int *p = (int *)malloc(100);
 free(p);
 free(p);//重復(fù)釋放
}

動態(tài)開辟內(nèi)存忘記釋放

void test()
{
 int *p = (int *)malloc(100);
 if(NULL != p)
 {
 *p = 20;
 }
}
int main()
{
 test();
 while(1);
}

忘記釋放動態(tài)開辟的內(nèi)存這樣會導(dǎo)致內(nèi)存泄露，使這部分內(nèi)存無法再使用

經(jīng)典的筆試題

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

這段代碼里面的str是傳值調(diào)用，這函數(shù)將str重新拷貝了一份，函數(shù)接受這個函數(shù)就銷毀了，str還是NULL，則strcpy不能使用，printf也打印不出

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

這里返回的p是野指針，因?yàn)槌隽撕瘮?shù)p開辟的空間就銷毀了，p指向的內(nèi)容是未知的，打印出來的內(nèi)容也是未知。

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

這里雖然是傳址調(diào)用，但是到最后它沒有將開辟的空間釋放掉，導(dǎo)致內(nèi)存泄露。

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

這里是提前釋放了空間，讓后面的拷貝的地址后沒有地方被他們存放

C/C++程序的內(nèi)存開辟

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內(nèi)存分配的區(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(yùn)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(yùn)行函數(shù)而分配的局部變量、函數(shù)參數(shù)、返回?cái)?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。

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(jìn)制代碼。

對于static的解釋?：

實(shí)際上普通的局部變量是在棧區(qū)分配空間的，棧區(qū)的特點(diǎn)是在上面創(chuàng)建的變量出了作用域就銷毀。

但是被static修飾的變量存放在數(shù)據(jù)段（靜態(tài)區(qū)），數(shù)據(jù)段的特點(diǎn)是在上面創(chuàng)建的變量，直到程序

結(jié)束才銷毀所以生命周期變長

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柔性數(shù)組?

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。

struct st_type
{
 int i;
 int a[0];//柔性數(shù)組成員
};

struct st_type
{
 int i;
 int a[];//柔性數(shù)組成員
};

有些編譯器可以使用第一種方法，有些可以使用第二種方法

柔性數(shù)組的特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)體中的柔性成員前面至少得有一個其他的成員

sizeof求這種結(jié)構(gòu)的大小不會包括柔性數(shù)組

包括柔性數(shù)組成員的結(jié)構(gòu)用malloc進(jìn)行動態(tài)內(nèi)存分配的時候，分配的內(nèi)存應(yīng)該大于結(jié)構(gòu)體的大小，以便適用柔性數(shù)組的預(yù)期大小

typedef struct st_type
{
 int i;
 int a[0];//柔性數(shù)組成員
}type_a;
printf("%d\n", sizeof(type_a));//輸出的是4

柔性數(shù)組的使用

typedef struct st_type
{
 int i;
 int a[0];//柔性數(shù)組成員
}type_a;

int i = 0;
type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int));
//業(yè)務(wù)處理
p->i = 100;
for(i=0; i<100; i++)
{
 p->a[i] = i;
}
free(p);

這個柔性數(shù)組，相當(dāng)于獲得了100個整型的連續(xù)空間

柔性數(shù)組的優(yōu)點(diǎn)

上面的代碼其實(shí)也可以這樣設(shè)計(jì)：文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-595598.html

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));
//業(yè)務(wù)處理
for (i = 0; i < 100; i++)
{
	p->p_a[i] = i;
}
//釋放空間
free(p->p_a);
p->p_a = NULL;
free(p);
p = NULL;

上述代碼1 和代碼2 可以完成同樣的功能，但是方法1 的實(shí)現(xiàn)有兩個好處：

第一個好處是：方便內(nèi)存釋放

如果我們的代碼是在一個給別人用的函數(shù)中，你在里面做了二次內(nèi)存分配，并把整個結(jié)構(gòu)體返回給

用戶。用戶調(diào)用free可以釋放結(jié)構(gòu)體，但是用戶并不知道這個結(jié)構(gòu)體內(nèi)的成員也需要free，所以你

不能指望用戶來發(fā)現(xiàn)這個事。所以，如果我們把結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存以及其成員要的內(nèi)存一次性分配好

了，并返回給用戶一個結(jié)構(gòu)體指針，用戶做一次free就可以把所有的內(nèi)存也給釋放掉。

第二個好處是：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

到了這里，關(guān)于一文帶你了解動態(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?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY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)！