一、动态内存分配存在的意义
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
对于这些内存开辟方式有两个特点：
- 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
这种开辟方式并不能满足我们对空间需求的所有情况，所以便出现了动态内存分配
二、动态内存函数
1、malloc和free
malloc与free都声明在头文件stdlib.h中
malloc
- 功能：向内存申请一块连续可用的空间
- 参数：内存块的大小（以字节为单位）
- 返回值：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
- malloc申请的空间直接返回这块空间的起始地址，不会初始化内容
- malloc申请的内存空间，当程序退出时还给操作系统，当程序不退出时动态申请的内存不会主动释放，需要用free函数来释放
free
- 功能：数用来释放动态开辟的内存
- 参数：指向先前分配空间了的内存块的指针
- 返回值：无返回值
- 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
举例：
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { //int arr[10]; int* p = (int*)malloc(40); if (p == NULL) { perror("malloc"); return 1; } //开辟成功 int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d\n", *(p + i)); } free(p); p = NULL; return 0; }
2、calloc
- 功能：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
- 参数：要分配的元素数（num）每个元素的大小（size）
- 返回值：
成功时，指向函数分配的内存块的指针。
此指针的类型始终为 ，可以强制转换为所需类型的数据指针，以便可取消引用。
如果函数无法分配请求的内存块，则返回空指针。
- 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
例子：
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int)); if (p == NULL) { perror("calloc"); return 1; } //打印数据 int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", p[i]); } //释放 free(p); p = NULL; return 0; }
3、realloc
- 功能：重新分配内存块，更改指向的内存块的大小
- 参数：指向先前分配了内存块的指针（ptr）内存块的新大小（size）
- 返回值：指向重新分配的内存块的指针，该内存块可能与新位置相同，也可能是新位置
- 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：
- 原有空间之后有足够大的空间，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。
将空间大小改为80字节
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { int* p = (int*)malloc(40); if (p == NULL) { perror("malloc"); return 1; } //初始化为1~10 int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { p[i] = i + 1; } //增加一些空间 int* ptr = (int*)realloc(p, 80); if (ptr != NULL) { p = ptr; ptr = NULL; } else { perror("realloc"); return 1; } //打印数据 for (i = 0; i < 20; i++) { printf("%d\n", p[i]); } //释放 free(p); p = NULL; return 0; }
- 原有空间之后没有足够大的空间，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
将上个代码80改为8000再次调试
三、常见的动态内存错误
1、对NULL指针的解引用操作
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、对动态开辟空间的越界访问
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、对非动态开辟内存使用free释放
void test() { int a = 10; int *p = &a; free(p);//不可以 }
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（内存泄漏）
void test() { int *p = (int *)malloc(100); if(NULL != p) { *p = 20; } } int main() { test(); while(1); }
四、c/c++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。
static修饰局部变量
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。
五、柔性数组
1、什么是柔性数组
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。
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，写成下面这种：
typedef struct st_type { int i; int a[];//柔性数组成员 }type_a;
2、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。
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
3、柔性数组的优势
- 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。
- 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。
