【C语言】动态内存管理(下)

简介: 【C语言】动态内存管理(下)

(四)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
}

(五)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
}

(六)动态开辟内存忘记释放(内存泄露)

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

上面代码中p是局部变量,在该代码中作用域为函数内部,出函数就销毁了,但是malloc开辟的动态内存并未销毁。

动态申请的内存空间只有两种方式销毁:1.free、2.程序结束(退出)

四、经典笔试题详解

题目1:

void GetMemory(char* p)
{
  p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
  char* str = NULL;
  GetMemory(str);
  strcpy(str, "hello world");
  printf(str);
}

答案:程序错误

分析:就算动态内存开辟成功,str始终为空指针,strcpy函数内部会对空指针进行解引用操作(*dest=*src),造成程序错误,另外就是会造成内存泄露。如果想要对此函数进行改进,应将参数部分改为&arr,比如:

void GetMemory(char** p)
{
  *p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
  char* str = NULL;
  GetMemory(&str);
  strcpy(str, "hello world");
  printf(str);
    //释放
    free(str);
    str=NULL;
}

题目2:

char* GetMemory(void)
{
  char p[] = "hello world";
  return p;
}
void Test(void)
{
  char* str = NULL;
  str = GetMemory();
  printf(str);
}

答案:程序错误

分析:hello world为局部变量,出函数销毁,那么p返回的是野指针,造成非法访问,这种问题属于返回栈空间地址(局部变量)的问题。可以改进为:

char* GetMemory(void)
{
  static char p[] = "hello world";//存储到静态区,出函数不销毁
  return p;
}
void Test(void)
{
  char* str = NULL;
  str = GetMemory();
  printf(str);
}

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);
}

答案:程序错误

分析:未释放动态内存空间。 最后需要free(str);str=NULL。


题目4:

void Test(void)
{
  char* str = (char*)malloc(100);
  strcpy(str, "hello");
  free(str);
  if (str != NULL)
  {
    strcpy(str, "world");
    printf(str);
  }
}

答案:程序错误

分析:非法访问内存,str已被指向的动态内存已被释放,所以要养成释放后置空的习惯。比如:

void Test(void)
{
  char* str = (char*)malloc(100);
  strcpy(str, "hello");
  free(str);
  str = NULL;
  if (str != NULL)
  {
    strcpy(str, "world");
    printf(str);
  }
}

五、C/C++程序的内存开辟

C/C++程序内存分配的几个区域:

  1. 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。
  2. 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(操作系统)回收 。分配方式类似于链表。
  3. 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。
  4. 代码段:存放函数体(类成员函数和全局函数)的二进制代码。

有了这幅图,我们就可以更好的理解在《C语言初识》中讲的static关键字修饰局部变量的例子了。

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。

六、柔性数组

(一)柔性数组的概念

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。

比如:

typedef struct st_type
{
  int i;
  int a[0];//柔性数组成员
}type_a;

或者可以改成:

typedef struct st_type
{
  int i;
  int a[];//柔性数组成员
}type_a;

(二)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。

比如:

//code1
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4

(三)柔性数组的使用

//代码1
int i = 0;
type_a* p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a) + 100 * sizeof(int));
//业务处理
p->i = 100;
for (i = 0; i < 100; i++)
{
  p->a[i] = i;
}
free(p);
p = NULL;

这样柔性数组成员a,相当于获得了100个整型元素的连续空间。

(四)柔性数组的优势

上述的 type_a 结构也可以设计为非柔性数组的方式,让我们看看他们的区别:

//代码2
typedef struct st_type
{
  int i;
  int* p_a;
}type_a;
type_a* p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a));
p->i = 100;
p->p_a = (int*)malloc(p->i * sizeof(int));
//业务处理
for (i = 0; i < 100; i++)
{
  p->p_a[i] = i;
}
//释放空间
free(p->p_a);//先于p之前释放,否则就找不到p_a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,但是方法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。

有关动态内存分配的内容就到这里,博主会持续更新C语言的相关内容,关注博主不迷路🔥🔥🔥

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