前言
🍁我们知道局部变量的创建、数组的使用是在栈空间上开辟的空间；对于这些内存的开辟，可以总结出俩个特点：
- 空间开辟的大小是固定的。
- 数组在声明时，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在程序运行时才能知道，分配的内存空间大小不能是固定的，想要实现按需求灵活可变的分配内存，就需要运用到动态内存的相关知识了！
一. 动态内存函数的介绍
1.malloc和free
malloc和free都声明在 stdlib.h 头文件中。
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。
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函数是用来释放动态开辟的内存的：
- 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。
- 如果动态开辟的内存空间没有经过free释放，那么这些内存空间在程序退出的时候，系统才会回收这些内存空间。
参考代码：
#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<string.h> #include<errno.h> int main() { //动态内存开辟 int* p = (int*)malloc(40); if (p == NULL) { printf("%s", strerror(errno)); return 1; } //使用 int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { *(p + i) = i; } for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", *(p + i)); } //释放动态内存 free(p); p = NULL; return 0; }
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。
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。
参考代码：
#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<string.h> #include<errno.h> //开辟10个整型的空间 int main() { int*p = (int*)calloc(10, sizeof(int)); if (p == NULL) { printf("%s\n", strerror(errno)); return 1; } //打印 int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", *(p + i)); } //释放 free(p); p = NULL; return 0; }
3. realloc
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，那为了合理的使用内存，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
- 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。
- 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， 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：
原有空间之后没有足够大的空间
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。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，realloc是有可能扩容失败的，要对其做出相应的判断。
代码参考：
#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<string.h> #include<errno.h> //扩容时应该采取代码2的方式 int main() { int* ptr = (int*)malloc(100); if (ptr != NULL) { //业务处理 } else { exit(EXIT_FAILURE); } //扩展容量 //代码1 ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//这样可以吗？(如果申请失败会如何？) //代码2 int* p = NULL; p = realloc(ptr, 1000); if (p != NULL) { ptr = p; } //业务处理 free(ptr); return 0; }
- 如果realloc中的第一个参数为空指针，此时的realloc等同于malloc
realloc(NULL, 40); //和 malloc(40);一样的效果
二. 常见的动态内存错误
1. 对NULL指针的解引用操作
int main() { int* p = (int*)malloc(40); *p = 20;//如果 p的值是NULL，就会有问题 free(p); p = NULL; return 0; }
解决方案：
int main() { int* p = (int*)malloc(40); if (p == NULL) { return 1; } *p = 20; free(p); p = NULL; return 0; }
2. 对动态开辟空间的越界访问
int main() { int* p = (int*)malloc(40); if (p == NULL) { printf("%s\n", strerror(errno)); return 1; } int i = 0; for (i = 0; i <= 10; i++) {//i = 10时发生越界访问 p[i] = i; } free(p); p = NULL; return 0; }
3. 对非动态开辟内存使用free释放
int main() { int a = 10; int* p = &a; //..... free(p); p = NULL; return 0; }
4. 使用free释放一块动态开辟内存的一部分
int main() { int* p = (int*)malloc(40); if (p == NULL) { return 1; } //使用 int i = 0; for (i = 0; i < 5; i++) { *p = i; p++; } //释放 free(p);;//p不再指向动态内存的起始位置 p = NULL; return 0; }
5. 对同一块动态内存多次释放
int main() { int* p = (int*)malloc(40); //.... free(p); p = NULL; //... free(p); return 0; }
6. 动态开辟内存忘记释放(内存泄漏)
忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄漏。
切记： 动态开辟的空间一定要释放，并且正确释放 。
void test() { int* p = (int*)malloc(100); //.... int flag = 0; scanf("%d", &flag);//5 if (flag == 5) return; free(p); p = NULL; } int main() { test(); //...... return 0; }
三. 几个经典的笔试题
请问运行Test 函数会有什么样的结果？
题目1：
void GetMemory(char* p) { p = (char*)malloc(100); //函数调用结束后p便会销毁 //进行了动态内存开辟却没有释放 //在之后也无法释放，造成了内存泄漏 } void Test(void) { char* str = NULL; GetMemory(str); strcpy(str, "hello world"); printf(str); } int main() { Test(); return 0; }
修改后的代码：
void GetMemory(char** p) { *p = (char*)malloc(100); } void Test(void) { char* str = NULL; GetMemory(&str); //str存放的就是动态开辟的100字节的地址 strcpy(str, "hello world"); printf(str); //释放 free(str); str = NULL; } int main() { Test(); return 0; }
题目2
char* GetMemory(void) { //返回栈空间的地址的问题 char p[] = "hello world"; return p; //函数调用结束后，空间会被释放 //返回的指针成为野指针 } void Test(void) { char* str = NULL; str = GetMemory(); //str为野指针 printf(str); } int main() { Test(); return 0; }
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); //开辟了动态内存没有释放 //造成了内存泄漏 } int main() { Test(); return 0; }
修改后的代码：
void GetMemory(char** p, int num) { *p = (char*)malloc(num); } void Test(void) { char* str = NULL; GetMemory(&str, 100); strcpy(str, "hello"); printf(str); //释放 free(str); str = NULL; } int main() { Test(); return 0; }
题目4：
void Test(void) { char* str = (char*)malloc(100); strcpy(str, "hello"); free(str); //释放了动态内存未置空 //造成了野指针问题 if (str != NULL) { strcpy(str, "world"); printf(str); } } int main() { Test(); return 0; }
修改后的代码：
void Test(void) { char* str = (char*)malloc(100); strcpy(str, "hello"); free(str); str = NULL; if (str != NULL) { strcpy(str, "world"); printf(str); } } int main() { Test(); return 0; }
四. C/C++程序的内存开辟
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。
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。
被 static关键字修饰的局部变量
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，所以被 static关键字修饰局部变量生命周期会变长。
