为什么存在动态内存分配
- 一般的开辟空间方式：
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
特点：
空间开辟大小是固定的（ 数组申明必须指定数组的长度，它所需要的内存在编译时分配）
但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，由此动态内存开辟就来了
动态内存函数的介绍
malloc和free函数
malloc函数：
作用：
一个用来动态内存开辟的函数（开辟空间单位为字节）
定义：
void* malloc (size_t size);
注意：
- 这个函数向内存申请一块连续可用的空间，并返回指向该空间的指针
- 如果开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针，并且所开辟的空间内容都为随机值
- 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（需要用强制类型转化成所需要的指针类型，便于空间访问）
- 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
free函数
- 作用：
专门是用来对动态开辟的内存进行释放和回收
- 定义：
void free (void* ptr);
注意：
- 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
注： malloc 和 free 都声明在 stdlib.h 头文件中
示例：
#include <stdio.h> int main() { //代码1 int num = 0; scanf("%d", &num); int arr[num] = {0};//err //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？ 很有必要 return 0; }
- 问：为真么free ptr后依旧需要将ptr置为空指针
- 举个特别的例子：
- 再问：如果忘记free动态申请的空间地址，会怎么样
如果它在程序中一直没有使用，那么就会导致内存的白白占用（此时不是内存泄漏）
而如果它在程序中没有被free就被指向另一块地址了（或者该被被销毁），那么就会导致这块地址在这个进程中永远无法被找到（即内存泄露：无用的内存越来越大，操作系统得一直给这个进程分配内存）
所以要么主动free，要么只能等进程结束（自动释放内存，不建议）
calloc函数
- 作用：
同样也是用来开辟动态内存的函数
- 定义：
void* calloc (size_t num, size_t size);
- 注意：
- 第一个参数num开辟空间个数，第二个参数size为每个开辟空间的大小（单位为字节）
- 对于所开辟的空间会被初始化为0（与 malloc 的唯一区别，即返回地址之前把申请的空间的每个字节初始化为全0）
- 示例：
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { int *p = (int*)calloc(10, sizeof(int)); if(NULL != p) { //使用空间 } free(p); p = NULL; return 0; }
- 效果：
realloc函数
作用：
用来调整动态开辟空间的大小（可大可小，更具需求来调整）
定义:
void* realloc (void* ptr, size_t size);
注意：
- 参数 ptr 是要调整的内存地址（一定是动态申请空间的首地址）
- size 调整之后新大小（单位为字节）
- 返回值为调整之后的内存起始位置（同样需要更具需要进行强制类型转化来访问空间）
realloc在调大内存空间时存在两种情况：
情况1：原有空间之后有足够大的空间
- 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
- realloc()将返回原指针
情况2：原有空间之后没有足够大的空间
- 堆空间上找到另一个空间（合适大小的连续空间，足够所要开辟空间的大小）来开辟
- 同时将原来开辟空间所存有的内存进行拷贝，拷贝后则将原来开辟的空间还给电脑
- 如果申请成功函数返回的是一个新的内存地址
- 如果申请开辟失败，则将返回NULL，此时，原来的指针仍然有效
示例：
//扩展容量 #include <stdio.h> int main() { int *ptr = (int*)malloc(100); if(ptr != NULL) { //业务处理 } else { exit(EXIT_FAILURE); }
- 错误申请：
//代码1 ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//这样可以吗？(如果申请失败会如何？)
如果申请失败返回NULL，再将ptr赋值为NULL，则原来动态开辟空间地址丢失
- 正确申请：
//代码2 int*p = NULL; p = realloc(ptr, 1000); if(p != NULL) { ptr = p; } //业务处理 free(ptr); return 0; }
常见的动态内存错误
- 示例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); }
- 正确示例：
void test() { int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4); if(p！=NULL) { *p = 20; } free(p); p=NULL; }
注：对于动态内存开辟一定要考虑开辟失败的情况
- 示例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) { //开辟失败则结束进程 exit(EXIT_FAILURE); } for(i=0; i<=10; i++) { *(p+i) = i;//当i是10的时候越界访问(非法行为) } free(p); p==NULL; }
注：越界访问是非法的操作，所以一定要注意范围是否符合
- 示例3：对非动态开辟内存使用free释放
void test() { int a = 10; int *p = &a; free(p);//ok? }
注：对非动态开辟的空间free是非法的
- 示例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 }
注意：
- free一定是释放开辟内存的首起始位置
- ++/–在某些情况下是具有副作用的，如果在上述情况下需要使用的话，可以先保给原地址进行一个备份
示例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 }
注意：
- 对释放的空间一定要进行及时的置空，并且不能重复释放同一空间，如果及时置空，再次free也只是free空地址，对空地址free不会有任何操作
- 即使有两个指向同一内存的，也只能free一个，因为释放完之后，原有的内存空间已经释放掉了，再进行释放就是重复释放
示例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); }
注：在上文中已经提及，养成好习惯一定要free，并且置空
几个经典的笔试题
- 例题1：
void GetMemory(char *p) { p = (char *)malloc(100); } void Test(void) { char *str = NULL; GetMemory(str); strcpy(str, "hello world"); printf(str);//会输出hello world吗？ }
- 解释：
void GetMemory(char *p) { p = (char *)malloc(100);//函数结束p被销毁，并不能将动态开辟空间地址给带出来 } void Test(void) { char *str = NULL; GetMemory(str);//传入的是str的值即NULL，并非传入str的地址（只有传入str的地址才能修改str指向的对象） strcpy(str, "hello world");//strcpy不能对空指针进行拷贝操作，会报错 printf(str);//空指针打印不出什么 }
- 例题2：
char *GetMemory(void) { char p[] = "hello world"; return p; } void Test(void) { char *str = NULL; str = GetMemory(); printf(str);//会打印吗？ }
- 解释：
char *GetMemory(void) { //字符数组在栈上开辟 char p[] = "hello world"; //函数结束，对应开辟的空间会被还给电脑，此时p为悬空指针（对其操作为非法行为） return p; } void Test(void) { char *str = NULL; str = GetMemory(); printf(str);//对悬空指针操作为非法行为 }
- 例题3：
void GetMemory(char **p, int num) { *p = (char *)malloc(num); } void Test(void) { char *str = NULL; GetMemory(&str, 100); strcpy(str, "hello"); printf(str);//会打印吗？ }
- 解释：
void GetMemory(char **p, int num) { *p = (char *)malloc(num);//成功修改str指向的对象，能够带回动态开辟的空间地址 } void Test(void) { char *str = NULL; GetMemory(&str, 100); strcpy(str, "hello"); printf(str);//成功打印hello }
- 例题4：
void Test(void) { char *str = (char *) malloc(100); strcpy(str, "hello"); free(str); if(str != NULL) { strcpy(str, "world"); printf(str); } } //会出现什么结果？
- 解释：
void Test(void) { char *str = (char *) malloc(100); strcpy(str, "hello"); free(str);//free虽然是释放动态内存空间，但str内容不会被修改，也就是说str为悬空指针 //free动态开辟空间，一定要置空（养成好的习惯） if(str != NULL) {//对悬空指针操作为非法行为 strcpy(str, "world"); printf(str);//出错 } }
C/C++程序的内存开辟
示例：
int globalVar = 1; static int staticGlobalVar = 1; int main() { static int staticVar = 1; int localVar = 1; int num1[10] = { 1,2,3,4 }; char char2[] = "abcd"; char* pChar3 = "abcd"; int* ptr1 = (int*)malloc(4 * sizeof(int)); int* ptr2 = (int*)calloc(4, sizeof(int)); int* ptr3 = (int*)realloc(ptr2, 4 * sizeof(int)); free(ptr1); free(ptr3); return 0; }
- 示图:
C/C++程序内存分配的几个区域：
- 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
柔性数组
- 概念：
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
- 示例：
//示例1： typedef struct st_type { int i; int a[0];//柔性数组成员 }type_a; //示例2： typedef struct st_type { int i; int a[];//柔性数组成员 }type_a;
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
柔性数组的使用和优势
柔性数组使用示例：
//code1 typedef struct st_type { int i; int a[0];//柔性数组成员 }type_a; printf("%d\n", sizeof(type_a));//输出的是4 int i = 0; //获得100个整型元素的连续空间 type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int)); //在原来结构体大小的基础上+需要开辟的柔性数组大小 //业务处理 p->i = 100; for(i=0; i<100; i++) { p->a[i] = i; } free(p); p=NULL；
- 动态内存开辟使用示例：
//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;
上述代码1和代码2可以完成同样的功能，但是方法1的实现有两个好处：
第一个好处是：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
第二个好处是：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
