C语言之动态内存分配讲解(2)

简介: C语言之动态内存分配讲解(2)

动态内存函数的介绍

在开始本章节之前,我们来复习一下动态内存分配(1)中所讲到的知识,看下面目录一和目录二


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。

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。

malloc

C语言提供了一个动态内存开辟的函数

void* malloc (size_t size);

返回类型为void*,其类型由程序员自行进行强制类型转换

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


free

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);

这里我把malloc函数和free函数的链接发给给大家,有兴趣可以去具体了解一下,在动态内存分配(1)中我们已经具体讲解过了

malloc函数

free函数

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>
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;
}

这里重点看一下这两行代码

free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存
 ptr = NULL;//是否有必要?

free是将malloc开辟的那块空间给释放掉,那么什么我们还要将指针ptr置为NULL呢?

这是因为malloc申请,free释放,我们暂时把p给释放了,但是p如果记得这个地址,那么p有朝一日能够找到这个内存区域,但是这个内存区域已经还给操作系统了,已经不属于我们了,这个时候我们把p拿起来去访问就成为了野指针,为了防止p成为空指针了,我们把它置为空,把他赋值为NULL,就好像是一条野狗,我们可以拿一根绳子把它拴在树上,把他控制住


calloc

上述的为什么存在动态内存分配,malloc函数和free函数是对我们上篇博客的复习,现在我们正式进入今天的正题

这里先把calloc函数的模型给大家

calloc函数

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

e8377b4542bb4cc5bdcc24f3ce89ea08.png

给大家解释下一这个函数

首先这个函数有两个参数,num代表的意思是要开辟几个元素,size代表的意思是每个元素的大小,也就是说比如我的malloc要开辟40个字节的时候就可以换成我们的calloc(开辟10个元素,每个元素字节大小为4的空间,总共10个元素),这就是我们的calloc,他的返回类型为void*,也就是说返回是开辟好的那块空间的起始地址

现在我们来尝试用calloc函数写一下代码


#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;
}

我们将malloc函数换成calloc函数来写,只要是动态内存开辟空间,就要考虑是否可能会开辟失败,所以我们要判断一下是否为空(NULL)这里的我们还是重点关注一下最后两行代码

  free(p);
  p = NULL;

calloc先向内存申请一块空间,free释放,我们暂时把p给释放了,但是p如果记得这个地址,那么p有朝一日能够找到这个内存区域,但是这个内存区域已经还给操作系统了,已经不属于我们了,这个时候我们把p拿起来去访问就成为了野指针,为了防止p成为空指针了,我们把它置为空,把他赋值为NULL,就好像是一条野狗,我们可以拿一根绳子把它拴在树上,把他控制住,道理和malloc最后两行代码的思路是一样的

6be0825d436f4bf5aa6c8ccddd77da69.png

calloc函数的动态内存的开辟和释放过程见上图

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


realloc

realloc函数

deab89b6adee40f8b671ac051bd2c046.png

realoc函数的第一个参数是原来的p指针,现在我要把p指向的这40个空间调整一下,realloc这个函数的第二个参数的意思是新的大小,我希望再追加40个字节,总的新的字节大小就为80

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

b3573e26e34b4326879f31dd7de32a44.png

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,通俗来讲解释在堆空间上面另外找一个连续空间来使用,返回的时候就返回这个连续空间的新的地址,那么原来的旧的空间不用你自己释放realloc函数已经自动帮你释放掉了

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>
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;
}

我们分析上述两种情况,现在我们来看代码

realloc函数在申请空间的时候是有可能申请失败的,如果realloc函数的第二参数数字给的太大,那我可能就没有办法帮你扩容,这个函数就可能会返回NULL(空指针),这时候申请失败那么就会把空指放到pL里面去,这种写法是有问题的,本来我的p指针还是指向40个字节的,这个时候你传过来一个NULL(空指针)让我的p不再指向任何一块空间,也就是说我的p失忆了

这时候我们来个if判断语句,如果p为不为空指针,说明我扩容成功了,把他赋给ptr

最后再加上free函数释放空间

本章终!


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