为什么存在动态内存管理
我们知道内存开辟的方式由：
上面图片中开辟空间的方式有两个特点：
1.空间开辟大小是固定的。
2.数组在声明的时候，必须指定数组的长度（即大小），它所需要的内存在编译时就已经分配了，不可再改变。
但是对于空间的需求，不仅仅时上述的情况。有时候我们需要的空间大小在程序运行的时候才知道，那数组的编译时开辟空间的方式就不能满足了。
这个时候，我们就需要动态内存分配了。
而变长数组是不能改变数组大小的，它仅仅允许你数组的大小可以用变量来指定。
比如：
//变长数组 int main() { int arr[10]; int n = 0; scanf("%d", &n); int arr[n];//一旦把这个变长数组创建好以后就不能够改变了。 //变长数组不是说数组可大可小。而是我可以通过输入的方式，根据用户的需求输入进去。 }
而动态内存管理的意思就是：你向内存中申请了一块空间，你觉得不够，我们便可以让这块空间再大一些。你觉得多了，我们就可以让它小一点。这样就很灵活。
动态内存函数的介绍
malloc和free
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使用的空间，并返回指向这块内容的指针。
1.如果开辟成功，则返回一个指向开辟空间的指针。
2.如果开辟失败，则返回一个NULL指针，因此malloc的返回值一定要检查。
3.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。
4.如果参数size为0，malloc的行为是标准未定义的，取决于编译器。（把编译器整不会了）
int main() { //申请40个字节，用来存放10个整型 int* p = (int*)malloc(40);//申请的这40个字节是在内存中是连续的 if (p == NULL) { printf("%s\n", strerror(errno)); return 1; } //存放1-10 int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { *(p + i) = i + 1; } //打印 for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", *(p + i)); } free(p);//释放申请的内存 p = NULL; return 0; }
C语言提供了另外一个函数free，专门用来做动态内存的释放和回收。
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。
- 如果函数ptr是NULL指针，则函数什么事都不做。
内存释放前：
释放之后：
发现指针p依然指向那块开辟的空间的起始地址（但此时空间已经释放了），故需要我们主动把指针p置为NULL
calloc
C语言还提供了一个函数叫colloc，calloc函数也用来动态内存分配。原型如下：
voi* 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。
//malloc calloc都是在堆区上申请空间 //空间使用完后都要释放 int main() { int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int)); if (NULL == p) { perror("calloc"); return 1; } //使用 int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", *(p + i)); } //释放 free(p); p = NULL;//防止p变为野指针 return 0; }
我们对比一下malloc申请到的空间。
```c int main() { //申请40个字节，用来存放10个整型 int* p = (int*)malloc(40);//申请的这40个字节是在内存中是连续的 if (p == NULL) { printf("%s\n", strerror(errno)); return 1; } //存放1-10 int i = 0; /* for (i = 0; i < 10; i++) { *(p + i) = i + 1; }*/ //打印 for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d\n", *(p + i)); } free(p);//释放申请的内存 p = NULL; return 0; }
通过对比我们发现：1.malloc申请到的空间，没有初始化，直接返回起始地址。
2.而calloc申请好空间后会把空间初始化为0，然会返回起始地址。
因此，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函数完成任务
realloc
- realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。
- 有时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内存大小的调整。
函数原型：
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在扩容的时候如果失败的话，直接返回空指针。
- 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。
因此，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：当时情况2的时候，原有空间之后没有足够多大的空间时，扩展的方法时，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。
int main() { int* p = (int*)malloc(5 * sizeof(int)); if (p == NULL) { perror("malloc"); return 1; } //使用 int i = 0; for (i = 0; i < 5; i++) { *(p + i) = 1; } //不够了，增加5个整型的空间 int* ptr = (int*)realloc(p, 10 * sizeof(int)); if(ptr != NULL) { p = ptr; } //继续使用10个整型 for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", *(p + i)); } //释放空间 free(p); p = NULL; return 0; }
注意有一种特殊情况：
int main() { int* p = (int*)realloc(NULL, 40);//此时跟malloc(40);类似,功能就相当于malloc return 0; }
#include<stdio.h> int main() { int* p = (int*)malloc(40); if (p == NULL) { return 0; } //使用 int* p2 = realloc(p, 80); if (p2 != NULL) { p = p2; } return 0; }
这是realloc去调整原来的空间，其实不用这么麻烦的，realloc函数可以直接实现malloc函数的一些功能的。realloc直接开辟空间也是可以的。即：int* p = (int*)realloc(NULL, 40);。
常见的动态内存错误
对NULL指针的解引用操作
void test() { //1.对NULL指针解引用操作 int* p = malloc(40); *p = 10;//malloc函数一旦开辟失败，就有可能对空指针进行解引用 }
所以每次malloc函数开辟空间之后就应该对p进行相关的判断。
#include<stdio.h> #include<string.h> #include<errno.h> void test() { //1.对NULL指针解引用操作 int* p = malloc(40); if (p == NULL) { printf("%s", strerrno(errno)); } //判断完成之后再继续使用 *p = 10;//malloc函数一旦开辟失败，就有可能对空指针进行解引用 } int main() { test(); return 0; }
对动态开辟空间的越界访问
int main() { //2.对动态开辟内存的越界访问 int* p = (int*)malloc(40); if (p == NULL) { return 0; } int i = 0; //越界 for (i = 0; i <= 10; i++) { *(p + i) = i; } free(p); p = NULL; return 0; }
对非动态开辟内存使用free
//对非动态开辟内存使用free int main() { int a = 10; int* p = &a; free(p); p = NULL; return 0; }
使用free释放一块动态开辟内存的一部分
//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 0; } int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { *p++ = i; } //回收空间 free(p); return 0; }
对同一块动态内存的多次释放
//对同一块动态内存的多次释放 int main() { int* p = (int*)malloc(40); if (p == NULL) { return 0; } //使用 //释放 free(p); //... free(p); return 0; }
那我们如何开辟多次释放的现象呢？
首先要保持一个原则：谁开辟谁回收，谁申请谁回收。如果做不到，令当别说。
如果做得到，要防止自己对对同一块动态内存的多次释放。
//对同一块动态内存的多次释放
int main() { int* p = (int*)malloc(40); if (p == NULL) { return 0; } //使用 //释放 free(p); //.... p = NULL; free(p);//如果此时的p是空指针的话，我们不对它进行任何的操作 //这也是free函数的一个特点 return 0; }
动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
#include<stdio.h> #include<Windows.h> int main() { while (1) { malloc(1); } return 0; }
