动态内存管理

简介: 动态内存管理

一:引入

为什么有动态内存管理???

比如我们定义了一个变量a

int a=20;
int arr[10]={0};

a是整型,在空间中占4个字节,这是固定的,

arr数组是整型数组,占40个字节,这也是固定的。

我们可以想一下我们生活中的例子,比如:原来我们班有40个人,我们可以使用一个整型数组来存放他们的年龄,但如果后来又转入我们班5个学生,那么原来创建的数组就不可以使用了。

也就是说:空间开辟的大小是固定的,不能修改的。如果我们想要修改内存的大小,那么我们程序员就可以使用动态内存管理函数,来更改内存的大小。

常见的动态内存管理函数有malloc,free,calloc,realloc,这些函数的声明都在stdlib.h中。

二:free函数

我们开辟内存成功后,经过我们的一系列使用,这个空间我们不再使用,我们就要将开辟的空间释放,这个时候就用到了free函数。

即使没用free释放,程序结束的时候也会由操作系统来回收,但如果一个程序一直运行下去,我们没有及时的回收空间,那么空间可能会被耗干。所以我们要及时的回收空间。

void free (void* ptr)

free函数是专门用来做动态内存的释放和回收的。

如果参数ptr指向的空间不是动态内存开辟的,则free函数的行为就是未定义的;如果ptr是NULL指针,则函数什么都不做。

三:malloc函数和calloc函数

1:malloc函数

void* malloc(size_t size)

malloc函数向内存申请一块连续可用的空间,

如果开辟成功,那么将返回指向这块空间的地址,如果开辟失败,则返回NULL指针,所以要检查malloc函数是否开辟成功。

因为申请的空间不知道用来存放什么类型的数据,所以malloc函数返回类型为void*,所以我们需要根据具体情况来确定返回类型。

//malloc函数的使用
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
  //申请10个整型的空间,也就是40个字节
   int* p = (int*)malloc(40);//因为申请的是整型,
   //而malloc函数返回的是void*,所以强制类型转换成   int*
  //判断是否开辟成功
    if (p == NULL)
  {
    perror("malloc");
    return 1;
  }
  //使用空间
  int i = 0;
  for (i = 0; i < 10; i++)
  {
    *(p + i) = i + 1;
  }
  for (i = 0; i < 10; i++)
  {
    printf("%d ", *(p + i));
  }
  //释放
  free(p);//p是还给操作系统了但p还记着原先的地址,p已经变成野指针了
  p = NULL;//
  return 0;
}

2:calloc函数

void* calloc(zize_t num,size_t size);

calloc函数是开辟num个大小为size的一块空间,

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
  int* p = (int*)calloc(10,4);//开辟10个大小为4字节的空间
  if (p == NULL)//判断
  {
    perror(malloc);//记录错误信息
    return 1;
  }
  int i = 0;
  for (i = 0; i < 10; i++)
  {
    *(p + i) = i + 1;//赋值
  }
  for (i = 0; i < 10; i++)
  {
    printf("%d ", p[i]);//打印
  }
  free(p);//释放内存空间
  p = NULL;
  return 0;
}

3:malloc函数和calloc函数的比较

calloc函数和malloc函数是非常相似的。

主要有两个差别,

1:malloc函数只有一个参数,而calloc函数有两个参数

2:calloc函数会自动为申请开辟空间的每个字节初始化为0;而malloc得到的是随机值。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
//malloc函数
int main()
{
  int* p = (int*)malloc(40);
  if (p==NULL)
  {
    perror(malloc);
    return 1;
 }
  int i = 0;
  for (i = 0; i < 10; i++)
  {
    printf("%d\n", *(p + i));
  }
  free(p);
  p = NULL;
  return 0;
}


#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
  int* p = (int*)calloc(4, 10);
  if (p == NULL)
  {
    perror(calloc);
    return 1;
  }
  int i = 0;
  for (i = 0; i < 10; i++)
  {
    printf("%d\n", *(p + i));
  }
  free(p);
  p = NULL;
  return 0;
}


四:realloc函数

realloc函数会让动态内存管理起来更加灵活。

当我们申请一块内存空间时,可能申请的空间过大了,或者过小了,那么使用realloc函数就可以对内存的大小进行灵活的调整。

void* realloc(void* ptr,size_t size)

这里的ptr指的是调整后的内存地址,size为调整后的申请内存大小,返回值为调整之后的起始地址。

既然realloc函数是对之前申请内存的调整,那么就存在两种情况:

情况1:原有空间的后面有足够大的空间,可以开辟要开辟的空间大小,这种情况之间在元空间的后面直接追加空间,返回的仍是原空间的地址。

情况2:原有空间的后面空间不够开辟要开辟的空空间,这种情况,在堆空间上另开辟一个合适的大小连续的空间,将原来的数据拷贝到这个空间,返回的是新开辟空间的地址。

//realloc函数的使用
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
  int* p = (int*)malloc(20);
  if(p==NULL)
  {
    perror(malloc);
    return 1;
  }
  int i = 0;
  for (i = 0; i < 5; i++)//赋值
  {
    *(p + i) = i + 1;
  }
  int* ptr = (int*)realloc(p, 40);//再申请20个字节的空间
  //此处使用新指针变量的目的是为了防止扩容失败,
  //如果扩容失败,会realloc函数会返回空指针,原来的空间也不可以用了
  if (ptr != NULL)
  {
    p = ptr;
    ptr = NULL;
  }
  for (i = 5; i < 10; i++)//赋值
  {
    *(p + i) = i + 1;
  }
  for (i = 0; i < 10; i++)//打印
  {
    printf("%d ", *(p + i));
  }
  free(p);
  p = NULL;
  return 0;
}


当realloc函数的第一个参数是NULL 时,realloc函数相当于malloc函数。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
  int *p=(int*)realloc(NULL, 40);//开辟了10个整型的空间
  if (p == NULL)
  {
    perror("realloc");
    return 1;
  }
  int i = 0;
  for (i = 0; i < 10; i++)
  {
    printf("%d\n", p[i]);
  }
  return 0;
}


#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
  int *p=(int*)realloc(NULL, 40);//开辟了10个整型的空间
  if (p == NULL)
  {
    perror("realloc");
    return 1;
  }
  int i = 0;
  for (i = 0; i < 10; i++)
  {
    *(p + i) = i + 1;//赋值
  }
  for (i = 0; i < 10; i++)
  {
    printf("%d\n", p[i]);
  }
  return 0;
}

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