动态内存管理（1）

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：

1. int val = 20;//在栈空间上开辟四个字节
2. 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。

2. 动态内存函数的介绍

2.1 malloc

void* malloc (size_t size);

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。

例子：申请一块空间，用来存放10个整型

int main()
{
  void* p = malloc(10 * sizeof(int));
  return 0;
}

这种方法是对的，但是我们是用来存放10个整型的，所以更好的方式是使用强制类型转换。

1. int main()
2. {
3.  int* p = (int*)malloc(10*sizeof(int));
4.  return 0;
5. }

这样的话p就可以直接使用了，一步到位。我们要使用这块空间干什么就转换成什么类型。

malloc如果开辟成功则会返回空间的起始地址，如果开辟失败的话，会返回一个空指针。

所以开辟完之后我们要判断一下是不是返回了NULL。

int main()
{
  int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
  if (p == NULL)
  {
    perror("malloc");
    return 1;
  }
  return 0;
}

如果开辟的空间太大了，则会开辟失败。

1. int main()
2. {
3.  int* p = (int*)malloc(INT_MAX*4);
4.  if (p == NULL)
5.  {
6.    perror("malloc");
7.    return 1;
8.  }
9.  return 0;
10. }

如果我们不进行判断的话，万一开辟失败，我们还去使用这块空间，则会对空指针进行解引用，会发生错误。

需要注意的是malloc申请的空间是在堆区。 、

那我们怎么使用这块申请的空间呢?p是这块空间的起始位置的地址，所以就跟数组名一样。那我们就可以通过p找到这些地址，然后进行赋值。

int main()
{
  int* p = (int*)malloc(10*sizeof(int));
  if (p == NULL)
  {
    perror("malloc");
    return 1;
  }
  for (int i = 0; i < 10; i++)
  {
    *(p + i) = i;
  }
  for (int i = 0; i < 10; i++)
  {
    printf("%d ", *(p + i));
  }
  return 0;
}

2.2 free

void free (void* ptr);

malloc函数申请的空间有两种释放方式：

1.free-主动释放

2.程序退出后，操作系统回收-被动释放

如果程序一直没有退出，一直在使用这块空间，那么就会出问题，这是不好的事情。

所以我们在使用完这块空间后要free主动释放。如果我们不释放，也要交代给别人释放。

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。

free的参数是要释放空间的起始地址。

1.  free(p);
2.  p = NULL;

这是释放前：

这是释放后：

那这还是一样的啊，那么free到底干了什么呢·？

free申请的空间还给操作系统，但是地址还是一样的，但是属于是野指针，所以要置为空指针。

free只能释放动态开辟的空间，不是动态开辟的空间不能用free释放。

如果参数是NULL，那么free什么都不做。

2.3 calloc

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。

开辟方法：

int main()
{
  int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
  return 0;
}

先来看看malloc开辟的空间有没有初始化：

int main()
{
  int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
  if (p == NULL)
  {
    perror("malloc");
    return 1;
  }
  //打印
  int i = 0;
  for (i = 0; i < 10; i++)
  {
    printf("%d\n", *(p + i));
  }
  //释放
  free(p);
  p = NULL;
  return 0;
}

可以看出这是个随机值。

在看看calloc开辟的空间有没有初始化：

int main()
{
  int* p = (int*)calloc(10,sizeof(int));
  if (p == NULL)
  {
    perror("calloc");
    return 1;
  }
  //打印
  int i = 0;
  for (i = 0; i < 10; i++)
  {
    printf("%d\n", *(p + i));
  }
  //释放
  free(p);
  p = NULL;
  return 0;
}

可以看出calloc开辟的空间将每个字节都初始化为0了。

2.4 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。

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

需要注意的是realloc空间也可能会失败，失败时返回NULL。所以我们尽量不要用原来的那块空间的起始地址来接收，先使用另外一块空间来接收，然后判断是不是NULL。如果不是NULL，则拿p接收这块空间。

  int* pr=(int*)realloc(p, 20 * sizeof(int));
  if (pr == NULL)
  {
      p=pr;
  }

realloc开辟空间第一种情况是后面的空间足够，则直接开辟。

第二种情况是后面的空间不够 ，则会寻找一块新的空间，一次性进行开辟，然后将旧的空间释放掉，将数据拷贝到新的空间，但是对于使用者来说是一样的，然后realloc会返回新的空间的起始地址。

3. 常见的动态内存错误

3.1 对NULL指针的解引用操作

如果不对返回的空间进行判断，万一是NULL，则会对NULL进行解引用操作。

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);
}

3.2 对动态开辟空间的越界访问

动态开辟的空间也是有范围的，如果越界访问也是会出错的

void test()
{
  int i = 0;
  int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
  if (NULL == p)
  {
    perror("malloc");
  }
  for (i = 0; i <= 10; i++)
  {
    *(p + i) = i;//当i是10的时候越界访问
  }
  free(p);
}

3.3 对非动态开辟内存使用free释放

free只能对动态开辟的空间进行释放，如果对非动态开辟内存进行free释放，则会出错。

1. void test()
2. {
3.  int a = 10;
4.  int* p = &a;
5.  free(p);
6. }

3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

只释放开辟的空间的一部分也是不行的，要全部释放，必须是起始位置，所以在写代码的时候，尽量不要改变开辟的起始位置，如果要使用的话可以使用一个新的变量，将起始位置赋给这个变量。

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

重复释放也是会出错的，一块空间只能释放一次，如果要避免这个问题，可以在第一次free之后将这块空间置为NULL，这样第二次释放就不会出错。

void test()
{
  int* p = (int*)malloc(100);
  free(p);
  free(p);//重复释放
}

3.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

这种情况是使用了这块空间之后没有进行释放，test函数出来了之后也不能进行释放了，不知道这个空间在哪里，因为出了test之后p这个局部变量就不存在了，就属于内存泄漏。解决方法是return p，返回给别人释放。

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