【C语言】内存的动态分配与释放

简介: 【C语言】内存的动态分配与释放

什么是内存的动态分配?

要知道什么是内存的动态分配,首先要清楚内存在计算机中内存是如何划分的:


如图,内存区域大致分为以下几个区域:

  • 栈区(向下增长)(stack):由编译器自动分配释放,存放:局部变量,形参,返回值.
  • 堆区(向上增长)(heap):由程序员分配内存和释放.通过调用函数:malloc(),calloc(),realloc()和free().
  • 全局(静态)区:未初始化全局/静态区(.bass)和已初始化全局/静态区(.data).
  • 常量区(.rodata):字符串"ABCD"等
  • 代码区(.text):存放程序的代码

我们从前的内存使用方式是,比如创建一个变量:

int a=10;

这时变量是存储在栈区的,是由编译器自动分配的.

再比如我们创建一个数组,如:

int arr[10]={0};

这时数组内容仍然存储在栈区中,由编译器分配空间存储或销毁.

这样的内存使用方式有两个特点:

  1. 内存空间开辟大小是固定的.
  2. 数组在声明的时候,必须指定数组的长度,它所需要的内存在编译时分配.

这样的特点就导致了,我们无法在程序运行中的任意时刻分配存储空间,也不能把不需要的存储空间释放或丢弃.为了能够满足上述需求,我们就需要使用内存的动态分配.


内存动态分配函数

用于分配存储空间的两个函数是malloc()和calloc()函数,用于更改已分配空间的函数是realloc()函数,以下列出了这几个函数的相关信息:

🎏malloc()

malloc
头文件 #include<stdlib.h>
格式 void * malloc(size_t size);
功能 大小为size字节的对象分配存储空间,此存储空间中的初始值不确定
返回值 若分配成功,则返回一个指向已分配的空间开头的指针;若分配失败,则返回空指针

如果想了解更多关于malloc()函数相关信息,如malloc()函数参数的设定,返回值的设定,以及malloc()函数的具体使用方法等相关知识的,可以移步这里:

https://blog.csdn.net/weixin_72357342/article/details/133971625?spm=1001.2014.3001.5502


🎏calloc()

calloc
头文件 #include<stdlib.h>
格式 void * calloc(size_t num,size_t size);
功能 num个大小为size字节的对象分配存储空间,该空间内的所有位都会初始化为0
返回值 若分配成功,则返回一个指向已分配的空间开头的指针;若分配失败,则返回空指针

如果想了解更多关于calloc()函数相关信息,如calloc()函数参数的设定,返回值的设定,以及calloc()函数的具体使用方法等相关知识的,可以移步这里:

https://blog.csdn.net/weixin_72357342/article/details/133975677


🎏realloc()

realloc
头文件 #include<stdlib.h>
格式 void * realloc(void* ptr , size_t size);
功能 更改ptr指向的已分配空间的大小,重新分配为size大小
返回值 若分配成功,则返回一个指向已分配的空间开头的指针;若分配失败,则返回空指针


如果想了解更多关于realloc()函数相关信息,如realloc()函数参数的设定,返回值的设定,以及realloc()函数的具体使用方法等相关知识的,可以移步这里:

https://blog.csdn.net/weixin_72357342/article/details/133975646


动态内存释放函数

🎏free()

free
头文件 #include<stdlib.h>
格式 void * free(void* ptr);
功能 释放ptr指向的空间,让这部分空间能继续用于之后的动态分配.当ptr为空指针时,不执行任何操作.除此之外,当实际参数与之前通过malloc(),calloc(),realloc()返回的指针不一致时,或者ptr指向的空间已经通过调用free()或realloc()被释放时,则作未定义处理.
返回值


如果想了解更多关于free()函数相关信息的,如free()函数参数的设定,返回值的设定,以及free()函数的具体使用方法等相关知识的,可以移步这里:

【C语言】free()函数详解(动态内存释放函数)

https://blog.csdn.net/weixin_72357342/article/details/133975657


常见的动态内存错误

1.对NULL指针的解引用操作

在这里先为大家介绍一种打印错误码的方法:

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<stdio.h>
 
int main()
{
    int* p = (int*)malloc(INT_MAX);
    if (p == NULL)       //如果开辟失败,则打印错误
    {
        //打印错误原因的一个方式
        printf("%s\n", strerror(errno));
    }
    else
    {
        printf("开辟成功\n");
        //可以正常使用p指针来操作这片空间了
    }
 
    return 0;
}

我们在vs编译器中测试一下这段代码:

可以看到strerror成功打印了错误信息.

再来看这段代码:

1. void test()
2. {
3. int *p = (int *)malloc(INT_MAX);
4. 
5.     *p = 20;//如果p的值是NULL,就会有问题
6. 
7. free(p);
8. }

由malloc()的定义可知,当malloc遇到没有足够的空间用来开辟的情况时,就会开辟失败,返回一个空指针.

而当我们不对malloc()函数开辟的结果做检查的话,就很可能导致以下这种情况:

因此,为防止在使用动态内存开辟函数时造成对空指针的解引用操作,我们在每次使用完动态内存开辟函数后,都应先检查一下它的返回值.


2.对动态开辟空间的越界访问

如下代码:

1. void test()
2. {
3. int i = 0;
4. int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
5. if (NULL == p)
6.     {
7. //打印错误原因的一个方式
8. printf("%s\n", strerror(errno));
9.     }
10. for (i = 0; i <= 10; i++)
11.     {
12.         *(p + i) = i;//当i是10的时候会造成越界访问
13.     }
14. free(p);
15. }

在vs2022中测试该代码:

可以看到,编译器直接报错"检测到堆损坏".像这种报错不论是说栈区损坏,还是堆区损坏,意思就是在栈上或堆上出现了越界访问的情况.

因此,在使用动态内存开辟空间时,我们要格外小心不要出现越界访问的问题.


3.对非动态开辟内存使用free释放

因为p是由编译器分配到栈区的,不属于堆区,因此不能使用free释放.

1. void test()
2. {
3. int a = 10;
4. int *p = &a;
5. free(p);      //p不是动态开辟的,不能释放
6. }

使用vs2022测试一下:

可以看到,该错误导致了程序出错.

而图中的报错"已执行断点指令"则是因为代码执行过程中出现了未定义的非法行为.


4.使用free释放一块动态开辟内存的一部分

如下代码:

1. void test()
2. {
3. int *p = (int *)malloc(100);
4.     p++;
5. free(p);        //p不再指向动态内存的起始位置
6. }

在vs2022中测试一下:

可以看到,该错误导致了程序异常终止.


5.对同一块动态内存多次释放

如下代码:

1. void test()
2. {
3. int *p = (int *)malloc(100);
4. free(p);
5. free(p);     //重复释放
6. }

在vs2022中进行测试:

可以看到,该错误导致了程序出错.

这里列出了两个防止重复释放的小技巧:

  • 在设计时尽量遵从:谁开辟,谁回收的原则
  • 在free完后立刻将原动态开辟的指针置为NULL.

6.动态开辟内存忘记释放

如下代码:

1. void test()
2. {
3. int *p = (int *)malloc(100);
4. if(NULL != p)
5.     {
6.         *p = 20;
7.     }
8. //没有释放!
9. }
10. 
11. int main()
12. {
13. test();
14. }

如果动态开辟的内存忘记释放,程序不会报错,但会造成内存泄漏!

忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄漏.

内存泄漏:如果动态开辟的内存没有被释放,那么这些内存就会一直占用系统资源,从而导致内存泄漏。内存泄漏会导致程序运行速度变慢,甚至崩溃。

因此:

动态开辟的空间一定要释放,并且正确释放!

动态开辟的空间一定要释放,并且正确释放!

动态开辟的空间一定要释放,并且正确释放!


结语

希望这篇内存的动态分配相关内容能对大家有所帮助,欢迎大佬们留言或私信与我交流.

学海漫浩浩,我亦苦作舟!关注我,大家一起学习,一起进步!



C语言动态内存开辟相关库函数思维导图:


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