C语言动态内存管理

C语言动态内存管理是指在程序运行时，根据需要动态地分配和释放内存空间。这种管理方式相比于静态内存管理具有更高的灵活性和效率。

引言：

为什么进行动态内存管理

C语言动态内存管理是指在程序运行时，根据需要动态地分配和释放内存空间。这种管理方式相比于静态内存管理具有更高的灵活性和效率。

• 允许程序运行或停止时分配和释放内存。
• 处理不确定大小的数据。
• 提高程序的灵活性和可延展性。

二、有关动态内存管理的库函数

2.1 malloc

• malloc(): 用于在堆区分配一块指定大小的内存空间。如果分配成功，它返回一个指向分配区域的指针；如果分配失败，则返回 NULL。

函数原型：

void* malloc (size_t size);

按照malloc函数的特点我们可以检测函数内存是否开辟成功，通过检测返回指针类型：

int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int));
if (ptr == NULL) {
    perror("malloc");
}

注意：

• 在使用动态内存分配后，应该始终检查返回的指针是否为NULL或空指针，以确保内存分配成功。
• 如果分配失败，应适当处理，释放掉已经分配的内存。

2.2 calloc

• calloc(): 类似于 malloc(), 但它会将分配的内存空间初始化为零。它接受两个参数：元素的数量和每个元素的大小

函数原型:

void* calloc (size_t num, size_t size);

运用calloc ( ) 时候，也是要进行返回值检测：

int *ptr = (int *)calloc(sizeof(int));
if (ptr == NULL) {
    perror("calloc");
}

2.3 ralloc

• realloc(): 用于调整已分配内存块的大小。它接受两个参数：原有内存块的指针和新的大小。如果成功，它返回一个指向新内存块的指针；如果失败，它保留原有内存块并返回 NULL。

函数原型:

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

同malloc()和calloc()一样,ralloc()也要进行返回值检测:

int* ptr1 = (int*)realloc(ptr,sizeof(int));
if (ptr1 == NULL){
    perror(realloc);
}

• ptr是指向已分配内存块的指针.
• size是新的内存块大小（以字节为单位）。

realloc可能会改变内存块的位置

1. 当你尝试通过realloc来增大一个内存块的大小时，如果当前内存块后面有足够的连续空间，realloc会简单地扩大这块内存，并返回原来的指针。
2. 如果当前内存块后面的空间不足以满足新的大小要求，realloc会在堆内存中寻找一个更大的连续空间，将原有数据复制到新的位置，然后释放原来的内存块，并返回新内存块的地址。

2.4 free

• free()：用于释放由malloc()分配的内存空间，接受一个指向要释放内存的指针作为参数.

函数原型:

void free (void* ptr);

• 只有通过malloc, calloc, 或 realloc等函数分配的内存空间才能被free释放。
• 不能释放已经被释放过的内存，这将导致未定义行为，可能导致程序崩溃。
• 释放内存后，不应继续使用该内存空间，否则可能导致未定义行为和潜在的错误。

• 在程序结束前，应确保所有动态分配的内存空间都已被释放，以避免内存泄漏

应用:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int main() {
    int* ptr = (int*)malloc(sizeof(int)); // 动态分配内存
    if (ptr == NULL) {
        printf("内存分配失败\n");
        return 1;
    }
    *ptr = 42; // 使用动态分配的内存
    printf("动态分配的内存中的值：%d\n", *ptr);
    free(ptr); // 释放内存
    ptr = NULL;
    return 0;
}

三、有关动态内存管理容易出现的问题

3.1 对NULL指针进行解引用操作

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);
}

3.2  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)
 {
 exit(EXIT_FAILURE);
 }
 for(i=0; i<=10; i++)
 {
 *(p+i) = i;//当i是10的时候越界访问
 }
 free(p);
}

3.3 对于非动态内存进行free

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;//当i是10的时候越界访问
 }
 free(p);
}

3.4  动态开辟内存忘记释放( 内存泄漏 ）

void test(void)
{
  int* p = (int*)malloc(sizeof(int));
  if (p == NULL){
    perror("malloc");
  }
 
}
 
int mian()
{
  test();
  return 0;
}