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：
- 空间开辟大小是固定的。
- 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。
但是对于空间的需求，不仅仅是上述的情况。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。
2. 动态内存函数的介绍
2.1 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);//参数是开辟内存的大小，单位是字节
这个函数向内存申请一块连续可用的空间（不会初始化任何值），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);//参数是你开辟内存的位置，你也可以传别的地址
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。
如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做。
malloc和free都声明在 stdlib.h 头文件中。
举个例子：
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { int num = 0; scanf("%d", &num); int* ptr = NULL; int i = 0; ptr = (int*)malloc(num * sizeof(int)); if (NULL != ptr)//判断ptr指针是否为空 { for (i = 0; i < num; i++) { *(ptr + i) = 0;//访问开辟的内存然后赋值为0 } } for (i = 0; i < num; i++) { printf("%d ", *(ptr + i)); } free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存 ptr = NULL;//是否有必要？ return 0; }
这段代码是用malloc函数开辟了一个大小为num*4字节的内存，然后位置传给了prt，因为空间是连续的，所以像一个数组一样，可以储存值。
释放内存是必须的，不然你的内存满了会很糟糕的，至于把释放掉内存的位置指向空指针，这是一种安全措施，因为你释放掉之后这个地址就不属于你的了（还给了操作系统），然而你的prt还直指向那里，如果不小心实用了这个指针，就容易造成非法访问，所以很有必要让他忘记原来的地址。
2.2 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。
举个例子：
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int)); if (NULL != p) { ; } int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", *(p + i)); } free(p); p = NULL; return 0; }
这次我们并没有像malloc函数那样给开辟出来的空间赋值，但是我们发现内容却都是0，也就是说calloc会初始化值。
所以如何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。
2.3 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。
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
- 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。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。
举个例子：
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { int* ptr = (int*)malloc(100); if (ptr != NULL) { //业务处理 } else { return 1;//如果开辟空间失败了就返回1 } //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; }
代码1中，如果扩展内存失败了就会返回一个空指针，与拿来的ptr是指向之前的内存，一旦失败了就会让ptr指向空指针，那么原来的内存你开辟之后就没有指针记录位置了，导致这片空间你无法使用也无法释放。
代码2就是进行了一个保险，让一个新的指针指向扩容之后的位置，如果不是空指针就让ptr也指向这个位置。
注意：如果动态内存开辟的多了，会留下内存碎片
3. 常见的动态内存错误
3.1 对NULL指针的解引用操作
void test() { int* p = (int*)malloc(INT_MAX); *p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题 free(p); }
TNT_MAX就是整形类型的最大数值，2^31-1个字节，这样肯定是行不通的，就算是动态开辟也有一定的范围。所以一定开辟失败，返回的是空指针，下面解引用空指针然后还要赋值，肯定是非法的。
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) { printf("%s\n", strerror(errno));//如果是开辟失败就报错 return 1; } for (i = 0; i <= 10; i++) { *(p + i) = i;//当i是10的时候越界访问 } free(p); }
越界访问会有未知风险。
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);//这样是不行的 }
程序会崩溃。
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 }
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 }
也会报错的，因为释放一次之后在释放一次原来的地方是不可以的，这就是为什么要让他指向空指针。
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(); }
在函数里面开辟的内存，指针也是临时变量，函数走完之后没有立刻释放内存，指向这块内存的指针也不知去向，那么这块内存到底在哪里开辟的，具体位置就不清楚了，也无法释放内存了。
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 。
4. 几个经典的笔试题
4.1 题目1：
请问运行Test 函数会有什么样的结果？
void GetMemory(char* p) { p = (char*)malloc(100); } void Test(void) { char* str = NULL; GetMemory(str); strcpy(str, "hello world"); printf(str); }
结果是，并没有打印任何东西。
因为p指针和str指针并没有直接关联，都是独立空间，只不过，创建GetMemory函数的时候让str和p指向同一个地方，然而在GetMemory函数中开辟的动态内存不知道是哪里，然后让p储存这个位置，GetMemory函数走完之后p也销毁了。
正确的方法是用二级指针储存str（GetMemory函数的参数要用二级指针），然后解引用这个二级指针就能找到str的位置了，然后让str记住开辟内存的位置。
4.2 题目2：
请问运行Test 函数会有什么样的结果？
char* GetMemory(void) { char p[] = "hello world"; return p; } void Test(void) { char* str = NULL; str = GetMemory(); printf(str); }
没有打印任何的文字，因为p是一个临时的空间，只要出了GetMemory函数，p指向的那片内存就还给操作系统了（销毁），str指向的也是p之前指向的位置，所以属于非法。
4.3 题目3：
请问运行Test 函数会有什么样的结果？
void GetMemory(char** p, int num) { *p = (char*)malloc(num); } void Test(void) { char* str = NULL; GetMemory(&str, 100); strcpy(str, "hello"); printf(str); }
这段代码除了没有释放掉开辟的内存和判断str是不是空指针，剩下没问题了，其实这个代码能解决题目1的问题。
4.4 题目4：
请问运行Test 函数会有什么样的结果？
void Test(void) { char* str = (char*)malloc(100); strcpy(str, "hello"); free(str); if (str != NULL) { strcpy(str, "world"); printf(str); } }
这个是释放掉了开辟的内存（还是一个野指针的问题），归还给操作系统的内存里面就不能进行操作了，如果if后面放在strcpy之前就没问题了。
5. 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。
- 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
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。
例如：
typedef struct st_type { int i; int a[0];//柔性数组成员 }type_a;
有些编译器会报错无法编译可以改成：
typedef struct st_type { int i; int a[];//柔性数组成员 }type_a;
6.1 柔性数组的特点
结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。
sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。
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，以适应柔性数组的预期大小。
例如：
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 typedef struct st_type { int i; int a[];//柔性数组成员 }type_a; int i = 0; type_a* p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a) + 100 * sizeof(int));//这些内存里既有结构体中的整形i也有柔性数组a //业务处理+判断p是不是空指针 p->i = 100; for (i = 0; i < 100; i++) { p->a[i] = i; } free(p);
主要是依赖开辟动态内存的函数。
6.3 柔性数组的优势
上述的 type_a 结构也可以设计为：
//代码2 typedef struct st_type { int i; int* p_a; }type_a; type_a* p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a));//先给结构体开辟内存空间 //这里需要判断p是不是空指针 p->i = 100; p->p_a = (int*)malloc(p->i * sizeof(int));//再给柔性数组开辟内存 //业务处理+判断p_a是不是空指针 for (i = 0; i < 100; i++) { p->p_a[i] = i; } //释放空间 free(p->p_a);这里不能先释放掉结构体的内存，不然就找不到柔性数组开辟的那块内存了 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 代码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.
连续的内存有益于提高访问速度，也有益于减少内存碎片。
