c语言进阶部分详解(详细解析动态内存管理)

简介: c语言进阶部分详解(详细解析动态内存管理)

今天来介绍动态内存管理 的相关内容:


一.为什么存在动态内存分配

我们熟悉的内存开辟方法:

int a = 20;//在栈空间上开辟四个字节的空间
char arr[10] = {0};//在栈空间上开辟10个字节的连续空间

上述的开辟空间的方式有两个特点

1. 空间开辟大小是固定

2. 数组在申明的时候,必须指定数组的长度,它所需要的内存在编译时分配


但是,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。

这时候就只能试试动态存开辟了

各种变量存储位置:


二.动态内存函数的介绍

2.1 malloc( )函数

malloc函数是C语言中的一个动态内存分配函数,用于在程序运行时动态地分配内存空间。它的作用是在堆区中申请一块指定大小的内存空间,并返回该内存块的首地址。

malloc函数的原型为:

#include<stdlib.h>

void *malloc(size_t size)

其中,size_t是一个无符号整数类型,用于表示要分配的内存空间的大小(单位为字节)。malloc函数返回一个void类型的指针,指向分配的内存空间的起始地址。如果分配失败,则返回NULL

  • 如果开辟成功,则返回一个指向开辟好空间的指针
  • 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
  • 如果参数 size 0malloc的行为是标准是未定义的,取决于编译器

2.2free( )函数

free函数是C语言中的一个内存释放函数,用于释放之前使用malloc、calloc或realloc函数分配的内存空间。它的作用是将不再使用的内存空间返回给系统,以便其他程序或操作系统可以重新利用该内存

free函数的原型为:

#include<stdlib.h>

void free(void *ptr);

ptr是一个指向要释放的内存空间的指针。该指针必须是之前使用malloc、calloc或realloc函数返回的指针,或者是NULL指针。如果ptr是NULL指针,则free函数不会进行任何操作

  • 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 NULL指针,则函数什么事都不做

示例:

int main()
{
  int* arr = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);//使用malloc函数进行动态内存开辟
  //因为返回值是void* 所以要强转一下
  if (arr == NULL)
  {
    perror("malloc");//如果开辟失败就进行说明
  }
  for (int i = 0; i < 10; i++)
  {
    arr[i] = i;
  }
  free(arr);//在程序最后要结束时主动进行释放
    arr=NULL;
  return 0;
}


  • 我们用free是进行主动释放开辟的动态内存
  • 程序退出后,操作系统会自动回收的,这是被动(尽量避免,还是要free)

2.3calloc()函数

calloc函数是C语言中的一个内存分配函数,用于在堆上分配一块指定大小的内存空间,并将该空间的每个字节初始化为0

calloc函数的原型为:

#include<stdlib.h>

void *calloc(size_t num, size_t size);

其中,num表示要分配的元素个数,size表示每个元素的大小。calloc函数会返回一个指向分配内存的指针,如果分配失败则返回NULL

  • 函数的功能是为 num 个大小为 size 的元素开辟一块空间,并且把空间的每个字节初始化为0
  • 与函数 malloc 的区别只在于 calloc 会在返回地址之前把申请的空间的每个字节初始化为全0
int main()
{
  int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
  if (NULL != p)
  {
    perror("calloc");
  }
//使用。。。。
  free(p);
  p = NULL;
  return 0;
}

大家可以看到内存情况:

2.4realloc()函数

有时会我们发现过去申请的空间太小了,有时候我们又会觉得申请的空间过大了,那为了合理的时

候内存,我们一定会对内存的大小做灵活的调整。那 realloc 函数就可以做到对动态开辟内存大小

的调整

realloc函数的原型为:

#include<stdlib.h>

void *realloc(void *ptr, size_t size);

其中,ptr是之前分配的内存指针,size是重新分配的内存大小。realloc函数会尝试将ptr指向的内存空间重新分配为size大小的内存空间,并返回一个指向重新分配后的内存空间的指针

  1. 如果ptr为NULL,那么realloc的行为就相当于malloc,它会分配一个大小为size的新内存空间,并返回指向该内存空间的指针。
  2. 如果size为0,那么realloc的行为就相当于free,它会释放ptr指向的内存空间,并返回NULL。
  3. 如果ptr不为NULL且size不为0,那么realloc会尝试重新分配ptr指向的内存空间。如果成功,会返回指向重新分配后的内存空间的指针;如果失败,会返回NULL,并且原来的内存空间仍然有效

扩展空间情况也有两种:

  • 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
  • 原有空间之后有不够大: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
int main()
{
  int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
  if (NULL != p)
  {
    perror("calloc");
  }
  for (int i = 0; i < 10; i++)
  {
    p[i] = i;
  }
//使用。。。。
  int* pa = NULL;
  pa = realloc(p, 1000);
  if (p != NULL)
  {
    p = pa;
  }
  free(p);
  p = NULL;
  return 0;
}

三.常见的动态内存错误

3.1NULL指针的解引用操作

3.2对动态开辟空间的越界访问

void test2()
{
 int *p = (int *)malloc(10*sizeof(int));
 if(NULL == p)
 {
 exit(EXIT_FAILURE);
 }
 for(iny i=0; i<=10; i++)
 {
 *(p+i) = i;//当i是10的时候越界访问
 }
 free(p);
}


3.3对非动态开辟内存使用free释放

void test3()
{
 int a = 10;
 int *p = &a;
 free(p);//这也是不可以的
}


3.4使用free释放一块动态开辟内存的一部分

void test4()
{
 int *p = (int *)malloc(100);
 p++;   //p不再指向动态内存的起始位置
 free(p);
}


3.5对同一块动态内存多次释放

void test5()
{
 int *p = (int *)malloc(100);
 free(p);
 free(p);//重复释放
}


3.6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();//调用函数后,p的那片空间没办法用了,在函数结束后,函数内动态分配的内存空间不会自动销毁
 while(1);
}


在函数结束后,函数内动态分配的内存空间不会自动销毁。这是因为动态分配的内存空间是在堆上分配的,而不是在函数的栈帧上。栈帧上的局部变量在函数结束时会自动销毁,但堆上分配的内存空间需要手动释放



四.C/C++程序的内存开辟

C/C++程序内存分配的几个区域:

1. 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2. 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

3. 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 。

4. 代码段:存放函数体(类成员函数和全局函数)的二进制代码


好啦,这次的内容就先到这里的,下一次会讲解一些关于动态内存的经典的题目和柔性数组相关的知识。


目录
相关文章
|
10天前
|
存储 大数据 Unix
Python生成器 vs 迭代器:从内存到代码的深度解析
在Python中,处理大数据或无限序列时,迭代器与生成器可避免内存溢出。迭代器通过`__iter__`和`__next__`手动实现,控制灵活;生成器用`yield`自动实现,代码简洁、内存高效。生成器适合大文件读取、惰性计算等场景,是性能优化的关键工具。
128 2
|
2月前
|
弹性计算 前端开发 NoSQL
2025最新阿里云服务器配置选择攻略:CPU、内存、带宽与系统盘全解析
本文详解2025年阿里云服务器ECS配置选择策略,涵盖CPU、内存、带宽与系统盘推荐,助你根据业务需求精准选型,提升性能与性价比。
|
3月前
|
存储 弹性计算 固态存储
阿里云服务器配置费用整理,支持一万人CPU内存、公网带宽和存储IO性能全解析
要支撑1万人在线流量,需选择阿里云企业级ECS服务器,如通用型g系列、高主频型hf系列或通用算力型u1实例,配置如16核64G及以上,搭配高带宽与SSD/ESSD云盘,费用约数千元每月。
221 0
|
4月前
|
存储 缓存 数据挖掘
阿里云服务器实例选购指南:经济型、通用算力型、计算型、通用型、内存型性能与适用场景解析
当我们在通过阿里云的活动页面挑选云服务器时,相同配置的云服务器通常会有多种不同的实例供我们选择,并且它们之间的价格差异较为明显。这是因为不同实例规格所采用的处理器存在差异,其底层架构也各不相同,比如常见的X86计算架构和Arm计算架构。正因如此,不同实例的云服务器在性能表现以及适用场景方面都各有特点。为了帮助大家在众多实例中做出更合适的选择,本文将针对阿里云服务器的经济型、通用算力型、计算型、通用型和内存型实例,介绍它们的性能特性以及对应的使用场景,以供大家参考和选择。
|
10月前
|
存储 网络协议 编译器
【C语言】深入解析C语言结构体:定义、声明与高级应用实践
通过根据需求合理选择结构体定义和声明的放置位置,并灵活结合动态内存分配、内存优化和数据结构设计,可以显著提高代码的可维护性和运行效率。在实际开发中,建议遵循以下原则: - **模块化设计**:尽可能封装实现细节,减少模块间的耦合。 - **内存管理**:明确动态分配与释放的责任,防止资源泄漏。 - **优化顺序**:合理排列结构体成员以减少内存占用。
702 14
|
10月前
|
存储 缓存 算法
【C语言】内存管理函数详细讲解
在C语言编程中,内存管理是至关重要的。动态内存分配函数允许程序在运行时请求和释放内存,这对于处理不确定大小的数据结构至关重要。以下是C语言内存管理函数的详细讲解,包括每个函数的功能、标准格式、示例代码、代码解释及其输出。
337 6
|
10月前
|
存储 算法 C语言
【C语言】深入浅出:C语言链表的全面解析
链表是一种重要的基础数据结构,适用于频繁的插入和删除操作。通过本篇详细讲解了单链表、双向链表和循环链表的概念和实现,以及各类常用操作的示例代码。掌握链表的使用对于理解更复杂的数据结构和算法具有重要意义。
2931 6
|
10月前
|
存储 网络协议 算法
【C语言】进制转换无难事:二进制、十进制、八进制与十六进制的全解析与实例
进制转换是计算机编程中常见的操作。在C语言中,了解如何在不同进制之间转换数据对于处理和显示数据非常重要。本文将详细介绍如何在二进制、十进制、八进制和十六进制之间进行转换。
883 5
|
10月前
|
C语言 开发者
【C语言】断言函数 -《深入解析C语言调试利器 !》
断言(assert)是一种调试工具,用于在程序运行时检查某些条件是否成立。如果条件不成立,断言会触发错误,并通常会终止程序的执行。断言有助于在开发和测试阶段捕捉逻辑错误。
199 5

推荐镜像

更多
  • DNS