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 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

但是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的。

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。

太多了用不完，太少了不够用。所以C语言就给了几个函数让程序员动态管理内存

2. 动态内存函数的介绍

内存分几块区域

栈区：放临时的东西，比如局部变量，函数的形式参数

堆区：malloc/free,calloc,realloc 动态内存分配

静态区：放全局变量和静态变量

2.1 malloc和free

 #include <stdilb.h>
void* malloc (size_t size);

malloc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（地址）的指针。【void*】若想开辟整形类型的：int* p = (int*)malloc(40);

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。（ perror() ）

（空指针不能直接解引用）

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。

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。

如果我们不主动释放动态申请的内存的时候

1.如果当程序结束后，动态申请内存由操作系统自动回收

2.但是如果程序不结束，动态内存不会自动回收，形成内存泄漏问题（消耗内存）

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。

 free(p);
p = NULL;

一般malloc与free一起使用，malloc申请空间free释放空间，malloc返回的指针地址一般不要动，留给free去使用，一般定义一个指针变量记着这个地址，在以后使用这个临时指针变量，在free释放内存后，然后要把malloc返回的指针赋成空指针NULL不然就是野指针了。

#include <stdio.h>
int main()
{
 //代码1
 int num = 0;
 scanf("%d", &num);
 int arr[num] = {0};
 //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？
 return 0;
}

2.2 calloc（有初始化功能）

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);
int* p = (int*)calloc(10,sizeof(int));        申请十个整形全部初始化为0

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)
 {
 //使用空间
 }
 free(p);
 p = NULL;
 return 0;
}

2.3 realloc（调整）

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。

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。

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

ptr 是要调整的内存地址(原来那个的起始地址）

size 调整之后新大小

返回值为调整之后的内存起始位置。

这个函数调整原内存空间大小的基础上，还会将原来内存中的数据移动到新的空间。

如果扩容失败，返回空指针NULL

realloc在调整内存空间的是存在两种情况：

情况1：原有空间之后有足够大的空间

情况2：原有空间之后没有足够大的空间

情况1 当是情况1 的时候，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。

情况2 当是情况2 的时候，原有空间之后没有足够多的空间时，扩展的方法是：在堆空间上另找一个合适大小 的连续空间来使用。把原来那个搬到新找的空间里（旧数据拷贝），然后relloc会把原来那段空间free掉，这样函数返回的是一个新的内存地址。

由于上述的两种情况，realloc函数的使用就要注意一些。

如果扩容失败，返回空指针NULL，这时原来那块数据也没了新开辟的空间也没有，所以使用realloc返回值时要进行判断在赋值给指针变量使用

3. 常见的动态内存错误（bug）

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);
}

解决办法：对malloc函数的返回值进行判断操作 if判断return 1；

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);
}

因为它开辟的是连续空间，所以可能存在越界访问的问题（跟数组访问差不多）

解决办法：对内存边界主动检查，自己想明白边界是多大

3.3 对非动态开辟内存使用free释放

void test()
{
 int a = 10;
 int *p = &a;
 free(p);//ok?
}

不是动态内存free无法释放操作，一般 变量/函数 内存由释放操作系统释放

3.4 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
}

free要从起始位置开始释放，不能只释放一部分

解决办法：用一个临时指针变量来记住这个地址，然后以后就只使用这个临时指针，原来那个指针只拿给free用

3.5 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
}

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();
 while(1);
}

忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄漏。（占内存）

切记： 动态开辟的空间一定要释放，并且正确释放 。

4. 经典笔试题

4.1 题目1：

void GetMemory(char *p)
{
 p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
 char *str = NULL;
 GetMemory(str);
 strcpy(str, "hello world");
 printf(str);
}

上面的传参是，传值调用

这个函数不会打印hello world 因为传参传的指针变量不是传地址

要想对应该传&str 然后用二级指针来接收

void GetMemory(char **p)
{
 *p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
 char *str = NULL;
 GetMemory(&str);
 strcpy(str, "hello world");
 printf(str);
free(str);
str=NULL; //释放
}

4.2 题目2：

void GetMemory(char *p)
{
 p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
 char *str = NULL;
 GetMemory(str);
 strcpy(str, "hello world");
 printf(str);
}

p是函数里的临时变量，出函数就没有访问权限了p指的内容还给操作系统了，str成了野指针它只是记住了地址但是不能找到那个内容，内容是未知的

返回 栈空间地址 问题（可以返回栈空间变量），容易出现野指针问题，因为他使用了后会销毁

以下代码 错

栈帧调用是会覆盖的

4.3 题目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hello，但是有malloc没有free释放

加个 free（str）;          str = NULL;

跟第一题相似

4.4 题目4：

void Test(void)
{
 char *str = (char *) malloc(100);
 strcpy(str, "hello");
 free(str);
 if(str != NULL)
 {
 strcpy(str, "world");
 printf(str);
 }
}

野指针，非法访问，strcpy把第一个hello的首元素地址记住了，然后free掉hello，但是这时候str不能指向hello了 所以形成了非法访问，

所以要在每个 free 后面加个赋值为空指针，养成好习惯

5. 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。

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。

实际上普通的局部变量是在栈区分配空间的，栈区的特点是在上面创建的变量出了作用域就销毁。 但是被static修饰的变量存放在数据段（静态区），数据段的特点是在上面创建的变量，直到程序 结束才销毁

所以生命周期变长。

6. 柔性数组

柔性数组（flexible array）

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

typedef struct st_type
{
 int i;
 int a[0];//柔性数组成员
}type_a;

/

typedef struct st_type
{
 int i;
 int a[];//柔性数组成员
}type_a;

S1可能在某些编译器下编译不通过，但是可以用S2的方式去编写

6.1 柔性数组的特点：

       （1） 结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。

       （2） sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。

       （3） 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，多的用来适应柔性数组的预期大小。

后面 malloc申请，realloc调整 多少这个数组的大小就是多大

       （4）柔型数组跟前面的结构体的地址是连续的

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

6.2 柔性数组的使用

//代码1

int i = 0;
type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int));
//业务处理
p->i = 100;
for(i=0; i<100; i++)
{
 p->a[i] = i;
}
free(p);

这样柔性数组成员a，相当于获得了100个整型元素的连续空间

6.3 柔性数组的优势

//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：这样有利于访问速度（连续）

连续的内存有益于提高访问速度，也有益于减少内存碎片。（其实，我个人觉得也没多高了，反正 你跑不了要用做偏移量的加法来寻址）

CUP拿数据——>寄存器——>缓存——>内存

当在寄存器里处理数据时，根据局部性原理 会同时 加载 处理数据周围的数据，然后处理完后访问后面的数据的时候会命中之前加载的数据，所以连续存放的数据访问命中率要高些，读取效率高

内存碎片：不连续的空间之间的空间