【学习笔记之我要C】动态内存管理

一、为什么存在动态内存管理

内存分为三个区，栈区、堆区和静态区（也被叫做数据段）。栈区用来存放局部变量、函数形参等临时变量；堆区用来进行动态内存开辟；静态区用来存放全局变量、静态变量等。

 形如int val = 20;、char arr[10] = {0};的内存开辟方式是在栈空间上开辟的， 它空间开辟大小是固定的，并且在申明数组的时候，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。

二、动态内存介绍

1、malloc函数和free函数

1. malloc函数介绍

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。

2.free函数介绍

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；

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。

3. 代码实例

int main() {
  //假设开辟10个整型空间 - 10* sizeof(int)
  //动态内存开辟空间
  int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));//void*
  //使用这些空间的时候
  if (NULL == p) {
    //printf + strerror
    perror("main");//main:xxxxxxxxxxxxx
    return 0;
  }
  //使用
  int i = 0;
  for (i = 0; i < 10; i++) {
    *(p + i) = i;
    printf("%d\n", *(p + i));
  }
  for (i = 0; i < 10; i++) {
    printf("%d ", p[i]);//p[i] --> *(p + i)
  }
  //回收空间
  free(p);
  p = NULL;//手动把p置为NULL，防止访问越界在，造成野指针
  return 0;
}

 malloc基本上和free是成对出现的。

2、calloc函数

1. calloc函数介绍

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。

2. 代码实例

int main() {
  int* p = calloc(10, sizeof(int));
  if (NULL == p)
    return 1;
  int i = 0;
  for (i = 0; i < 10; i++) {
    printf("%d\n", *(p + i));
  }
  free(p);
  p = NULL;
  return 0;
}

3、realloc函数

1. realloc函数介绍

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

 情况2：原有空间之后没有足够大的空间

情况一：

情况二：

2. 代码实例

int main() {
  int* p = calloc(10, sizeof(int));
  if (NULL == p) {
    perror("mian");
    return 1;
  }
  //使用
  int i = 0;
  for (i = 0; i < 10; i++) {
    printf("%d\n", *(p + i));
  }
  //这里需要p指向的空间更大，需要20个int函数
  //realloc调整空间
  int* ptr = realloc(p, 20 * sizeof(int));
  if (ptr != NULL) {
    p = ptr;
  }
  free(p);
  p = NULL;
  return 0;
}

三、常见动态内存错误

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);
}

2. 对动态开辟的空间越界访问

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. 对非动态开辟的内存使用free释放

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

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
}

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
}

6. 动态开辟内存忘记释放，导致内存泄漏

void test()
{
  int* p = (int*)malloc(100);
  if (NULL != p)
  {
    *p = 20;
  }
}
int main()
{
  test();
  while (1);
}