【C语言进阶】动态内存管理(二)

简介: 【C语言进阶】动态内存管理(二)

二:常见的动态内存错误

2.1:对NULL指针的解引用操作:

int main()
{
  int* p = (int*)malloc(5 * sizeof(int));
  int i = 0;
  for (i = 0; i < 5; i++)
  {
    *(p + 1) = 0;
  }
  return 0;
}

 上面代码中,在 malloc 执行后,没有对 p 指针进行检查,因为 malloc 也可能失败,失败时会返回一个空指针,如果是这样,那下面就是对空指针进行解引用操作,这样是不合适的。

2.2:对动态开辟空间的越界访问:

int main()
{
  int i = 0;
  int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
  if (NULL == p)
  {
    perror("malloc");
    return 1;
  }
  for (i = 0; i <= 10; i++)
  {
    *(p + i) = i;//当i是10的时候越界访问
  }
  free(p);
  p = NULL;
}

上述代码,当 i 等于 10 1010 的时候就会造成越界访问,越界访问最终会导致程序挂掉。

2.3:对非动态开辟内存使用free释放:

int main()
{
  int a = 10;//栈区
  int* p = &a;
  free(p);
  return 0;
}

 需要注意free针对的是堆区上的空间,而上述代码中的 p 指针指向一个整型变量,整型变量是在栈区申请的空间

2.4:使用free释放一块动态开辟内存的一部分:

int main()
{
  int* p = (int*)malloc(5 * sizeof(int));
  if (p == NULL)
  {
    perror("malloc");
    return 1;
  }
  int i = 0;
  for (i = 0; i < 5; i++)
  {
    *p = 0;
    p++;
  }
  free(p);
}

上面代码中的 p 指针,在经历过多次 p++ 之后就不再指向这 5 55 个整型的起始地址了,此时再去free 就会出问题。

2.5:对同一块动态内存多次释放:

int main()
{
  int* p = (int*)malloc(5 * sizeof(int));
  if (p == NULL)
  {
    perror("malloc");
    return 1;
  }
  free(p);
  free(p);
  return 0;
}

如上面代码,在程序的最后对 p 指针 free 了两次,此时程序就会报错。其实关于这一点,我在前面 realloc 函数中已经提到过了,当时就问:有必要同时 free 掉两个新、旧两个指针嘛?答案是不需要,本质原因就是对同一块动态内存多次释放程序会报错。但是在第一个 free 的后面把 p 指针赋为空指针,然后再 free(p) 就没有任何问题了。

2.6:动态开辟内存忘记释放(内存泄漏):

void test()
{
  int* p = (int*)malloc(100);//在函数内部申请了100个字节的空间
}
int main()
{
  test();
  return 0;
}

&emps;上述代码存在两个问题,一是:p 指针指向的内存空间在使用结束后没有释放;二是:出了 test 函数后 p 指针就被销毁了,像释放这块内存空间也没办法释放了,直到程序结束才能才被释放,因此我们应该养成良好的习惯,malloc和free必须同时出现。后有一种就是,在函数内部申请空间,然后把申请到的空间的起始地址返回到主函数里面,在主函数里用一个指针变量接收,此时也一定要记得释放空间。

int* test()
{
  int* p = (int*)malloc(100);//在函数内部申请了100个字节的空间
  if (p == NULL)
  {
    perror("malloc");
    return 1;
  }
  return p;
}
int main()
{
  int* ptr = test();
  free(ptr);//此时一定要记得释放掉ptr
  ptr = NULL;
  return 0;
}

 内存释放的意义在于,有一些机器是长时间工作的,如果一直 malloc 向内存申请空间,用完了不释放,不把这块空间还给操作系统,那可用内存就会越来越少,可能会影响机器工作,只有重启才能解决问题,这其实就是忘记释放内存导致的后果。

三:经典练习题

3.1:题一:

下面代码的运行结果是?

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;
}

这个程序会挂掉。问题的原因在于,GetMemory 函数采用的是值传递,实参 str 是一个字符指针变量,形参同样用字符指针变量 p 来接收,形参是实参的一份临时拷贝,此时 p 和 str 是各自独立的两个指针变量,但它们都是空指针,此时在函数内部让 p 重新指向新开辟出来的空间,此时 p 就不再是空指针了,但是这一切和 str 有什么关系呢?p 和 str 唯一的关系就是,p 的值最初是从 str 拷贝过期的,从这之后 p 和 str 再无瓜葛,当GetMemory 函数结束的时候 p 会被释放掉,接下来执行 strcpy ,但此时此刻的 str 依然是一个空指针,NULL 就表示 0 00 ,也就是是地址为0 00的内存空间,这块空间是不允许普通程序去访问的,因此在执行 strcpy 的时候程序会报错,这是上面代码存在的一个问题,还有一个问题就是:内存泄漏,GetMemory 函数中动态申请的空间没有释放,之后想释放都释放不掉。


77930b63134946178529886846dcf777.png

正确写法:

void GetMemory(char** p)//形参用二级指针接收,此时p里面存的是str的地址
{
  *p = (char*)malloc(100);//*p得到str,让str指向新开辟的空间
}
void Test(void)
{
  char* str = NULL;
  GetMemory(&str);//址传递
  strcpy(str, "hello world");
  printf(str);
  free(str);
  str = NULL;
}
int main()
{
  Test();
  return 0;
}

3.2:题二:

下面代码的执行结果是:

char* GetMemory(void)
{
  char p[] = "hello world";
  return p;
}
void Test(void)
{
  char* str = NULL;
  str = GetMemory();
  printf(str);
}
int main()
{
  Test();
  return 0;
}

上面代码打印出来的是:烫烫烫烫烫烫烫烫圉7。这里问题的关键在于,数组p是一个局部变量,在出 GetMemory 函数的时候,数组 p 的内存空间就被销毁了,还给了操作系统,虽然把这个数组首元素的地址返了回去,但此时再通过地址去访问这一块空间,就成了非法访问。这种问题通常也被叫做返回栈空间地址的问题

正确写法:

char* GetMemory(void)
{
  char* p = "hello world";
  return p;
}
void Test(void)
{
  char* str = NULL;
  str = GetMemory();
  printf(str);
}
int main()
{
  Test();
  return 0;
}

 "hello world" 作为字符串常量,存储在静态区,不会随着 GetMemory 执行结束而销毁。当然这了还可以在数组 p 前面加上 static 来修饰。

3.3:题三:

下面这段代码执行的结果是什么?

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;
}

 这段代码可以成功打印出hello,但是仔细观察就能发现,这段代码里面之见 malloc 却不见 free 这就是典型的内存泄漏。

正确写法:

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;
}
int main()
{
  Test();
  return 0;
}

3.4:题四:

下面代码执行的结果是?

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;
}

这段代码可以成功打印出world。但上面这段代码是有问题的,因为我们已经把 str 给 free 掉了,意思也就是,已经把这块空间归还给操作系统了,这块空间的操作权限属于操作系统。在 free 完后没有把 str 置为空,所以 str 还是指向那块空间,此时的 str 已经变成了一个野指针,后面一些列涉及 str 的操作都属于非法访问。正确的做法是在 free 的后面,把指针置为空。

四:C/C++程序的内存区域的划分

内核空间: 用户代码不能访问

栈区(stack): 在执行函数时,函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建,函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中,效率很高,但是分配的内存容量有限。栈区主要存放运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。

堆区(heap): 一般由程序员分配释放,若程序员不释放,程序结束时可能由OS回收。分配方式类似于链表。

数据段(静态区)(static): 存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。

代码段: 存放函数体(类成员函数和全局函数)的二进制代码,只读常量区(字符串)。

总结:

 今天的分享到这里就结束啦。今天我们学习了动态内存分配的有关知识,了解了和动态内存分配有关的四个函数 malloc、free、calloc、realloc的用法,通过许多例子,我们发现在使用完动态空间后,一定要记得把它归还给操作系统,不然会造成内存泄漏,归还完了之后,还需把指针置为空,否则会造成非法访问。我们还列举了许多有关动态内存分配的常见错误,大家要牢记这些错误,在使用的时候注意避免。

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