本章重点

为什么存在动态内存分配

动态内存函数的介绍

• malloc
• free
• calloc
• realloc

常见的动态内存错误

几个经典的笔试题

柔性数组

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：

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，空间大小不容易设计合理。 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。

malloc申请的内存空间，当程序退出时，还给操作系统，如果不退出，动态申请的内存不会主动释放，因此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。

#include <stdio.h>
int main()
{
  //代码1
  int num = 0;
  scanf("%d", &num);
  int arr[num] = { 0 };//c90不支持这种写法，error
  //为了程序运行过程中开辟更合理的空间，需要动态开辟内存
  //代码2
  int* ptr = NULL;
  ptr = (int*)malloc(num * sizeof(int));
  if (NULL == ptr)//判断ptr指针是否为空
  {
    perrof("malloc");
    return 1;
  }
  int i = 0;
  for (i = 0; i < num; i++)
  {
    *(ptr + i) = 0;
    printf("%d ", *(ptr + i));
  }
  free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存
  ptr = NULL;//是否有必要？
  return 0;
}

运行结果：

结论：malloc申请空间后直接返回这块空间的起始位置，不会初始化空间

free释放ptr所指向的动态内存，ptr = NULL是否有必要呢？

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。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
  int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
  if (NULL == p)//判断p指针是否为空
  {
    perror("calloc");
    return 1;
  }
  int i = 0;
  for (i = 0; i < 10; i++)
  {
    printf("%d ", *(p + i));
  }
  free(p);
  p = NULL;//p置为空指针
  return 0;
}

运行结果：

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。

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：

1. 情况1：原有空间之后有足够大的空间
2. 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。返回的是原来旧的内存地址。

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：在堆空间上另开辟一个合适大小的连续空间来使用，把原来的数据拷贝到这个新的空间，再把旧的空间释放。这样函数返回的是一个新的内存地址。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    int* ptr = (int*)malloc(10);
    if (ptr != NULL)
    {
        //业务处理
    }
    else
    {
        perror("malloc");
        return 1;
    }
    //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？) - 内存泄露
    //代码2
    int* p = (int*)realloc(ptr, 1000);
    if (p != NULL)
    {
        ptr = p;//赋值之后，realloc自己将ptr释放
    }
    else
    {
        perror("realloc");
        return 1;
    }
    //业务处理
    free(ptr);
    ptr = NULL;
    return 0;
}

情况1：

情况2：

【动态内存管理助力程序优化与性能飞升】(中)：https://developer.aliyun.com/article/1424819