前言
对于数据的存储我们可以静态存储，也可以动态存储，两种方式都有自己特有的好处，这篇文章教我们如何进行动态的数据存储！！！
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：
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：
- 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。
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和free
C语言提供了一个动态内存开辟的函数：
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。
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);
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;//将ptr置为空指针 return 0; }
2.2 calloc
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：
#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; }
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。
2.3 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。
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：
- 原有空间之后有足够大的空间
- 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。
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; }
3. 常见的动态内存错误
3.1 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); }
3.2 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); }
3.3 对非动态开辟内存使用free释放
void test() { int a = 10; int *p = &a; free(p);//error——不能对非动态内存进行释放 }
3.4 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 }
3.5 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 }
3.6 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); }
忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄漏。
切记：
动态开辟的空间一定要释放，并且正确释放 。
4. 几个经典的笔试题
4.1 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); } int main() { Test(); return 0; }
请问运行Test 函数会有什么样的结果？
这个程序会挂掉。问题的原因在于，GetMemory 函数采用的是值传递，实参 str 是一个字符指针变量，形参同样用字符指针变量 p 来接收，形参是实参的一份临时拷贝，此时 p 和 str 是各自独立的两个指针变量，但它们都是空指针，此时在函数内部让 p 重新指向新开辟出来的空间，此时 p 就不再是空指针了，但是这一切和 str 有什么关系呢？p 和 str 唯一的关系就是，p 的值最初是从 str 拷贝过期的，从这之后 p 和 str 再无瓜葛，当GetMemory 函数结束的时候 p 会被释放掉，接下来执行 strcpy ，但此时此刻的 str 依然是一个空指针，NULL 就表示 0 00 ，也就是是地址为0 00的内存空间，这块空间是不允许普通程序去访问的，因此在执行 strcpy 的时候程序会报错，这是上面代码存在的一个问题，还有一个问题就是：内存泄漏，GetMemory 函数中动态申请的空间没有释放，之后想释放都释放不掉。
正确写法：
void GetMemory(char** p)//形参用二级指针接收，此时p里面存的是str的地址 { *p = (char*)malloc(100);//*p得到str，让str指向新开辟的空间 } void Test(void) { char* str = NULL; GetMemory(&str);//址传递 strcpy(str, "hello world"); printf(str); free(str); str = NULL; } int main() { Test(); return 0; }
4.2 题目2：
char* GetMemory(void) { char p[] = "hello world"; return p; } void Test(void) { char* str = NULL; str = GetMemory(); printf(str); } int main() { Test(); return 0; }
请问运行Test 函数会有什么样的结果？
上面代码打印出来的是：烫烫烫烫烫烫烫烫圉7。这里问题的关键在于，数组p是一个局部变量，在出 GetMemory 函数的时候，数组 p 的内存空间就被销毁了，还给了操作系统，虽然把这个数组首元素的地址返了回去，但此时再通过地址去访问这一块空间，就成了非法访问。这种问题通常也被叫做返回栈空间地址的问题
正确写法：
char* GetMemory(void) { char* p = "hello world"; return p; } void Test(void) { char* str = NULL; str = GetMemory(); printf(str); } int main() { Test(); return 0; }
"hello world" 作为字符串常量，存储在静态区，不会随着 GetMemory 执行结束而销毁。当然这了还可以在数组 p 前面加上 static 来修饰。
4.3 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); } int main() { Test(); return 0; }
请问运行Test 函数会有什么样的结果？
这段代码可以成功打印出hello，但是仔细观察就能发现，这段代码里面之见 malloc 却不见 free 这就是典型的内存泄漏。
正确写法：
void GetMemory(char** p, int num) { *p = (char*)malloc(num); } void Test(void) { char* str = NULL; GetMemory(&str, 100); strcpy(str, "hello"); printf(str); free(str); str = NULL; } int main() { Test(); return 0; }
4.4 题目4：
void Test(void) { char* str = (char*)malloc(100); strcpy(str, "hello"); free(str); if (str != NULL) { strcpy(str, "world"); printf(str); } } int main() { Test(); return 0; }
请问运行Test 函数会有什么样的结果？
这段代码可以成功打印出world。但上面这段代码是有问题的，因为我们已经把 str 给 free 掉了，意思也就是，已经把这块空间归还给操作系统了，这块空间的操作权限属于操作系统。在 free 完后没有把 str 置为空，所以 str 还是指向那块空间，此时的 str 已经变成了一个野指针，后面一些列涉及 str 的操作都属于非法访问。正确的做法是在 free 的后面，把指针置为空。
5. 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。
总结：
今天的分享到这里就结束啦。今天我们学习了动态内存分配的有关知识，了解了和动态内存分配有关的四个函数 malloc、free、calloc、realloc的用法，通过许多例子，我们发现在使用完动态空间后，一定要记得把它归还给操作系统，不然会造成内存泄漏，归还完了之后，还需把指针置为空，否则会造成非法访问。我们还列举了许多有关动态内存分配的常见错误，大家要牢记这些错误，在使用的时候注意避免。
