深度解剖动态内存管理

简介: 深度解剖动态内存管理

> 作者简介:დ旧言~,目前大一,现在学习Java,c,c++,Python等

> 座右铭:松树千年终是朽,槿花一日自为荣。

> 望小伙伴们点赞👍收藏✨加关注哟💕💕      

🌟前言

我们最初的认识的C语言代码都是静态的,无法实现动态管理。说到这里我们想想,动态内存管理有何意义,不难猜出,当我们需要申请一块空间时,多了我们换回去,少了我们再次申请空间,达到一个动态内存管理,想到这些动作,该如何实现捏,学完本章知识,相信对动态内存管理能了如指掌。

🌙主体

咱们分三块知识点来讲解,一个是动态内存函数的介绍,常见的动态内存错误,c/c++程序的内存开辟。废话不多说,走起。

🌠动态内存函数的介绍

💤malloc函数

malloc申请到空间后直接返回这块空间的起始位置地址,不会初始化空间的内容。这里我们看看malloc函数的参数和返回值。

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 0malloc的行为是标准是未定义的,取决于编译器。

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。

💤free函数

 free函数专门是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开辟的,那free函数的行为是未定义的。

如果参数 ptr NULL指针,则函数什么事都不做。

举个栗子

#include <stdio.h>
#include<stdlib.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
  //别忘记置空
  ptr = NULL;
  return 0;
}

💤calloc函数

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

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

举个栗子:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
  int* p = (int*)calloc(20, sizeof(int));
  if (NULL != p)
  {
    //使用空间
  }
  free(p);
  p = NULL;
  return 0;
}

看使用空间的内存分布:

💤realloc函数

       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。

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的空间。

当然realloc在调整内存空间的是存在两种情况:

举个栗子

#include <stdio.h>
#include<stdlib.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);
  //代码2
  int* p = NULL;
  p = realloc(ptr, 1000);
  if (p != NULL)
  {
    ptr = p;
  }
  //业务处理
  free(ptr);
  return 0;
}

🌠常见的动态内存错误

如果我们对动态管理操作不当,会产生一些问题,那我们动态内存的错误有那写呢,我们总结了6个方面,让我们仔细看看到底有哪些错误。

💤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);
}

这里只 开辟空间,但是空间是空的(NULL),因此会出现解引用操作出错的问题。

 💤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);
}

当 i 为10时,就发生越界访问。

💤对非动态开辟内存使用free释放

void test()
{
  int a = 10;
  int* p = &a;
  free(p);
}

p是一个非动态内存,因此不可以使用free。

💤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
}

因为p++,p就不再指向动态内存的起始位置。

💤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
}

这里重复对P释放。

💤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);
}

这里忘记对P空间释放

🌠C/C++程序的内存开辟

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。

🌠知识拓展

柔性数组:也许你从来没有听说过柔性数组(flexible array这个概念,但是它确实是存在的。

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。

柔性数组的特点:

1.结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。

2.sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。

3.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。

举个栗子

typedef struct st_type
{
    //至少一个其它成员
  int i;
    //不需要开辟空间
  int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
printf("%d\n", sizeof(type_a));//输出的是4

柔性数组的优点:

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。(其实,我个人觉得也没多高了,反正

你跑不了要用做偏移量的加法来寻址)

🌟结束语

今天内容就到这里啦,时间过得很快,大家沉下心来好好学习,会有一定的收获的,大家多多坚持,嘻嘻,成功路上注定孤独,因为坚持的人不多。那请大家举起自己的小说手给博主一键三连,有你们的支持是我最大的动力💞💞💞,回见。

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