1. 为什么存在动态内存分配
我们已经掌握的内存开辟方式有：
int main() { int a = 10;//变量 int arr[10];//数组 return 0; }
但是上述的开辟空间的方式有两个特点：
- 空间开辟大小是固定的。
- 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。
但是对于空间的需求，不仅仅是上述的情况，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内存开辟了。
2. 动态内存函数的介绍
2.1 malloc 和 free
malloc - memory alloc 内存开辟
C语言提供了一个动态内存开辟的函数：
void* malloc (size_t size);
这个函数向内存申请一块连续可用的空间，并返回指向这块空间的指针。
- 如果开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针。
- 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 为0，malloc的行为是标准是未定义的，取决于编译器。
注： malloc 申请的内存空间，当程序退出时，还给操作系统；当程序不退出，动态申请的内存，不会主动释放的，需要使用 free 函数来释放。
C语言提供了另外一个函数free，专门是用来做动态内存的释放和回收的，函数原型如下：
void free (void* ptr);
free函数用来释放动态开辟的内存：
- 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 的头文件中。
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { //int arr[10]; int* p = (int*)malloc(40); if (NULL == p) { perror("malloc"); return 1; } //开辟成功 int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d\n", *(p + i)); } free(p);//把p所指向的这块空间释放了 p = NULL;//避免p变成野指针 //int a = 10; //int* ptr = &a; //free(ptr);//err return 0; }
2.2 calloc
C语言还提供了一个函数叫calloc，calloc函数也用来动态内存分配。原型如下：
void* calloc (size_t num, size_t size);
- 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。
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int)); if (NULL == p) { perror("calloc"); return 1; } //打印数据 int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", p[i]); } //释放 free(p); p = NULL; return 0; } //打印结果为： //0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { int* p = (int*)calloc(INT_MAX, sizeof(int)); if (NULL == p) { perror("calloc"); return 1; } //打印数据 int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", p[i]); } //释放 free(p); p = NULL; return 0; } //打印结果为： //calloc: Not enough space
所以，如果我们对申请的内存空间的内容要求初始化，那么可以很方便的使用calloc函数来完成任务。
2.3 realloc
- realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。
- 有时我们会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，那为了合理的调整内存，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。
函数原型如下：
void* realloc (void* ptr, size_t size);
- ptr 是要调整的内存地址（Pointer to a memory block previously allocated with malloc, calloc or realloc.）
- 当 ptr 为空指针时，它的功能和 malloc 是一样的（Alternatively, this can be a null pointer, in which case a new block is allocated (as if malloc was called).）
- size 是调整之后的新大小
- 返回值为调整之后的内存起始位置
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { int* p = (int*)malloc(40); if (NULL == p) { perror("malloc"); return 1; } //初始化为1～10 int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { p[i] = i + 1; } //增加一些空间 int* ptr = (int*)realloc(p, 80);//这里不能直接用p来接收，因为如果增容失败返回空指针，那么p原来所指向的40个字节的空间也找不到了，这40个字节我既用不到它也找不到它，导致了内存泄漏 if (ptr != NULL) { p = ptr; ptr = NULL; } else { perror("realloc"); return 1; } //打印数据 for (i = 0; i < 20; i++) { printf("%d\n", p[i]); } //释放 free(p); p = NULL; return 0; }
3. 常见的动态内存错误
3.1 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); }
解决方法：要对 p 进行判断，看它是否为空指针
3.2 对动态开辟空间的越界访问
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { int* p = (int*)malloc(40); if (NULL == p) { perror("malloc"); return 1; } int i = 0; //对动态开辟空间的越界访问 for (i = 0; i < 20; i++) { p[i] = i;//越界访问 } free(p); p = NULL; return 0; }
3.3 对非动态开辟内存使用free释放
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { int a = 10; int* p = &a; printf("%d\n", *p); free(p); p = NULL; return 0; }
3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { int* p = (int*)malloc(40); if (NULL == p) { perror("malloc"); return 1; } int i = 0; for (i = 0; i < 5; i++) { *p = i; p++; } //释放 free(p); p = NULL; return 0; }
3.5 对同一块动态内存多次释放
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { int* p = (int*)malloc(40); if (NULL == p) { return 1; } //使用 //释放 free(p); free(p);//err p = NULL; return 0; }
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { int* p = (int*)malloc(40); if (NULL == p) { return 1; } //使用 //释放 free(p); p = NULL; free(p);//这样写没有问题，因为p为空指针时，free什么都不干 return 0; }
3.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> void test() { int* p = (int*)malloc(100); if (NULL != p) { *p = 20; } } int main() { test(); while (1); return 0; }
主函数在调用test函数之后，申请了100个字节的空间，并把地址传给了p，但是test函数结束之后，p由于出了作用域，被销毁了，导致找不到这100个字节的空间了，而程序之后又进入了死循环，这就导致我申请了100个字节的内存空间，但是我又用不上，又释放不了，造成了内存泄漏。
注： 动态申请的内存空间，不会因为出了作用域自动销毁（还给操作系统）！只有2种方式销毁： free 或者 程序结束（退出）
