C语言中动态内存管理

简介: C语言中动态内存管理

前言:为什么存在动态内存分配,为什么要用动态内存分配,动态内存分配的意义。鸡汤:有了坚持不一定成功,但没有坚持,就注定失败,各位也要努力坚持提升自己!


为什么存在动态内存分配?

我们已经知道的内存开辟方式有:

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

但是上述内存开辟的方式有俩个特点:

  • 空间开辟的大小是固定的
  • 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。

动态内存函数:malloc与free

malloc函数

C语言提供了一个动态内存开辟的函数:

我们可以通过之前给定查找库函数的网站去看看malloc的作用

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。

①如果开辟成功,则返回一个指向开辟好空间的指针。

②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。

③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。

④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语言库函数查找

不仅如此C语言还专门提供了一个库函数free专门用来做动态内存释放和回收的。

free函数

free函数用来释放动态开辟的内存。

①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。

②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。

当然,如果我们只看文字的话肯定是不能透彻的理解这些库函数的,上例题来讲解。

例题:

int main()
{
  //代码1
  int num = 0;
  scanf("%d", &num);
  int arr[num] = { 0 };//显然这种方式是无法实现动态内存的
  //在c语言中是没有变长数组的概念,在数组中的必须是常量
  //代码2
  int* ptr = NULL;
  ptr = (int*)malloc(num * sizeof(int));//通过使用malloc开辟num个整型的空间
  if (NULL != ptr)//判断ptr指针是否为空
  {
    int i = 0;
    for (i = 0; i < num; i++)
    {
      *(ptr + i) = 0;//将数组中的所有值全部赋值为0
    }
  }
  free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存
  ptr = NULL;//如果不及时释放所开辟的空间,并指向空指针容易造成野指针的状况
  return 0;
}

calloc函数

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。

① 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。

②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。

当然我们依然要在实战中来运用。

例题:

int main()
{
  int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));//开辟10个整型的空间
  if (NULL != p)
  {
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
      printf("%d\n", *p);//打印开辟空间的值
    }
  }
  free(p);//释放开辟的空间
  p = NULL;//
  return 0;
}

我们来看看运行结果是不是自动把开辟的空间初始化成了0

运行结果:

与此同时,我们在看看用malloc开辟看看会不会也有初始化

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


运行结果:

此时我们发现,使用malloc开辟空间并没有对开辟空间的值进行初始化。此时很多读者想问那他们在开辟空间的时候有什么区别吗?区别就在于使用者在使用的时候有什么需求,就去用什么。

realloc函数

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。

①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,那为了合理的分配内存,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。

②ptr 是要调整的内存地址

③size 调整之后新大小

④返回值为调整之后的内存起始位置。

⑤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:

Ⅰ:情况1:原有空间之后有足够大的空间

Ⅱ: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。

当然口头是上的讲解总是晦涩难懂的,我们来看例子。

例题:

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?)
    //没有判断是否会开辟失败
    //代码2
    int* p = NULL;
    p = realloc(ptr, 1000);//调整空间
    if (p != NULL)//判断是否会开辟成功
    {
        ptr = p;
    }
    //业务处理
    free(ptr);
    return 0;
}

来吧看看讲解,把它分为俩总情况:

常见的动态内存错误

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
 //因判断是否为空指针,不然就是对空指针的赋值
 free(p);
}

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);
}

对非动态开辟内存使用free释放

void test()
{
 int a = 10;
 int *p = &a;
 free(p);//只能对不是动态内存的空间进行释放
}

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,只释放了部分空间
}

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,对同一块空间进行了重复的释放
}

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();//在调用这个函数时,空间未得到及时释放,可能会导致内存泄露
  while (1);
}

几个经典的笔试题

例题:请问运行Test 函数会有什么样的结果?

void GetMemory(char* p)
{
  p = (char*)malloc(100);//没有及时释放内存
}
void Test(void)
{
  char* str = NULL;
  GetMemory(str);//此时str仍然是空指针
  strcpy(str, "hello world");//对空指解引用,导致程序崩溃
  printf(str);
}
int main()
{
  Test();
  return 0;
}

代码分析:

各位来看图,我们传过去的是str(即str指向的那块空间),此时p接收的就是这一块空间,然后后面通过malloc开辟的这块空间传给了p,对这块空间的引用与扩容并没有真的是使str指向的空间的增加,因此我们的str始终指向的是NULL这块空间。

对它进行正确的修改

//代码的修改
void GetMemory(char** p)//用二级指针来接受一级指针的地址
{
  *p = (char*)malloc(100);//将str的地址指向开辟的空间
}
void Test(void)
{
  char* str = NULL;
  GetMemory(&str);
  strcpy(str, "hello world");
  printf(str);
  free(str);
  str = NULL;
}
int main()
{
  Test();
  return 0;
}

例题:请问运行Test 函数会有什么样的结果?

char* GetMemory(void)
{
  char p[] = "hello world";
  return p;
}
void Test(void)
{
  char* str = NULL;
  str = GetMemory();
  printf(str);
}
int main()
{
  Test();
  return 0;
}


代码分析:

随着GetMemory函数的销毁,p所指向的那块空间也被销毁,此时p变成了野指针,因此str就是对野指针的引用

例题:请问运行Test 函数会有什么样的结果?

void GetMemory(char **p, int num)
{
 *p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{
 char *str = NULL;
 GetMemory(&str, 100);
 strcpy(str, "hello");
 printf(str);
}

代码分析:

在开辟完空间后,与使用该空间,没有及时释放该空间,而导致的内存泄漏。

今天的内容就讲到这里了,如果有讲的不好的地方希望各位多多指出。


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