一.动态内存函数
1.栈区(stack):在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都以在栈上创建，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(操作系统)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
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
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。
动态内存分配是在堆区进行的
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
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，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内存开辟
例如
虽然C语言是可以支持变长数组--c99中增加了，但是很多编译器是不支持c99的，所以变长数组没有办法使用，即arr[n],所以已有的分配内存空间的方式是局限的，所以要进行动态内存分配
struct S { char name[20]; int age; } int main() { int n=0; scanf("%d",&n); struct S arr[n]; return 0; }
1.malloc
void* malloc (size_t size) 动态内存开辟
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 的行为标准是未定义的，取决于编译器。
malloc包含的几个要素
//1. #include<stdlib.h> int main() { //2. int* p=(int*)malloc(10*sizeof(int));//malloc是void*型,所以要进行强制类型转换，但是在Gcc环境下或者说linux环境下是不需要进行转换的 } 代码如下(还没有回收释放空间) #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<errno.h> #include<string.h> int main() { int* p=(int*)malloc(10*sizeof(int)); if(p==NULL) printf("%s",strerror(errno));//开辟空间失败，可以用strerror显示错误结果 else { for(int i=0;i<10;i++) { //把每个元素打印出来 *(p+i)=i; } for(int i=0;i<10;i++) { printf("%d",*(p+i)); } } return 0; }
如果将其中的
int* p=(int*)malloc(10*sizeof(int));
改为
int* p=(int*)malloc(10*sizeof(INT_MAX));
系统会报错，错误信息为not enough space
（1）INT_MAX ：INT_MAX 是 C++ 中 <climits> 头文件中定义的一个宏，用于表示 int 类型的最大值。该宏在 C 和 C++ 中都可以使用，他不是数据类型。
如果想正确使用INT_MAX开辟空间，代码如下
//在C++中使用new开辟一块新的空间 #include <iostream> #include <climits> // 包含 INT_MAX 的头文件 using namespace std; // 引入命名空间 int main() { int* p = new int[10]; // 使用 new 关键字动态分配内存 for (int i = 0; i < 10; ++i) { p[i] = INT_MAX; // 给每个元素赋值为 INT_MAX } for (int i = 0; i < 10; ++i) { cout << p[i] << " "; } cout << endl; delete[] p; // 释放动态分配的内存 return 0; }
2.free
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（堆区），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。
完整代码如下：
#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<errno.h> #include<string.h> int main() { int* p=(int*)malloc(40); if(p==NULL) printf("%s",strerror(errno));//开辟空间失败，可以用strerror显示错误结果 else { for(int i=0;i<10;i++) { //把每个元素打印出来 *(p+i)=i; } for(int i=0;i<10;i++) { printf("%d",*(p+i)); } } //当动态申请的空间不再使用的时候 //就应该还给操作系统 free(p);//即使我们将p还给了操作系统，但是p依然指向这块空间,所以要进行p=NULL p=NULL;//使p不指向这块内存空间 return 0; }
3.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
calloc的几个要素
//1. #include<stdlib.h> #include<malloc.h> int main() { //2. //malloc(10*sizeof(int)) int *p=(int*)calloc(10,sizeof(int)); return 0; }
代码如下
#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<errno.h> #include<string.h> #include<malloc.h> int main() { int* p=(int*)calloc(10,sizeof(int)); if(p==NULL) printf("%s",strerror(errno));//开辟空间失败，可以用strerror显示错误结果 else { for(int i=0;i<10;i++) { //把每个元素打印出来 *(p+i)=i; } for(int i=0;i<10;i++) { printf("%d",*(p+i)); } } free(p);//free函数是用来释放动态开辟的空间的 p=NULL; return 0; }
4.malloc和calloc的区别
1.malloc和calloc的开辟空间形式不同
2.calloc会初始化空间为0，而malloc不会初始化。所以malloc开辟空间效率更高，但不会将空间的每个字节初始化为0
5.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：
情况 1 ：原有空间之后有足够大的空间
对策：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 ：原有空间之后没有足够大的空间
对策：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。
代码如下
#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<errno.h> #include<string.h> int main() { int* p=(int*)malloc(20); if(p==NULL) printf("%s",strerror(errno));//开辟空间失败，可以用strerror显示错误结果 else { for(int i=0;i<10;i++) { //把每个元素打印出来 *(p+i)=i; } } //假设这里20个字节的空间不够用了,我们希望使用40个字节的空间 //这时候就可以使用realloc来调整动态开辟的空间 int* p2=realloc(p,40); for(int i=5;i<10;i++) { *(p2+i)=i; } for(int i=0;i<10;i++) { printf("%d",*(p2+i)); } return 0; }
在这里，用了p,p2两个指针指向不同的内存空间，这样p就不是统一管理所有的空间，所以这样做不对，追加空间有有以下两种情况：
1.开辟的空间后面正好有足够的空间能够追加内存，开辟内存空间后也是p指向内存首元素，返回的是p（旧的指针）
2.如果开辟的空间后没有足够的空间，那么就重新开辟一块新的空间，把原来的地址里面的数据，拷贝到新开辟的更大的空间中
第一种方法返回的是旧的地址
第二种方法返回的是不同的新开辟的内存空间地址，旧的空间free()
注意：
int* p=realloc(p,40);
如果realloc内存开辟失败，返回NULL(空指针)，那么p原来开辟的空间也找不到了,所以不能赋值到原来开辟的内存空间，应该这样写：
int* ptr=realloc(p,40);//用新变量接收realloc的返回值 if(ptr!=NULL) { p=ptr;//仍然用p维护新的内存 } int i=0;
完整代码如下
#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<errno.h> #include<string.h> int main() { int* p=(int*)malloc(20); if(p==NULL) printf("%s",strerror(errno));//开辟空间失败，可以用strerror显示错误结果 else { for(int i=0;i<5;i++) { //把每个元素打印出来 *(p+i)=i; } } //假设这里20个字节的空间不够用了,我们希望使用40个字节的空间 //这时候就可以使用realloc来调整动态开辟的空间 int* p2=realloc(p,40); if(p2!=NULL) { p=ptr; for(i=5;i<10;i++) { *(p+i)=i; } for(i=0;i<10;i++) { printf("%d",*(p+i)); } } free(p); p=NULL; return 0; }
二.动态内存分配的常见错误
1.对null进行解引用操作
int main() { int *p=(int*)malloc(40);//万一解引用失败,p就被赋值为null *p=0//err; int i=0; for(int i=0;i<10;i++) { *(p+i)=i; } free(p); p=NULL; return 0; }
所以在解引用操作前要作出判断
int main() { int *p=(int*)malloc(40);//万一解引用失败,p就被赋值为null if(p!=NULL) { *p=0//err; int i=0; for(int i=0;i<10;i++) { *(p+i)=i; } free(p); p=NULL; return 0; } }
2.对动态开辟空间的越界访问
int main() { int *p=(int*)malloc(5*sizeof(int)); if(p==NULL) return 0; else { for(int i=0;i<10;i++)//本来只有5个整型元素,访问10个的话会越界 { *(p+i)=i; } } // free(p); p=NULL; return 0; }
3.对非动态开辟内存使用free释放
int a=10; int* p=&a; *p=20; free(p); p=NULL;
a的空间是在栈区存放的，程序会出错
4.使用free释放动态开辟内存的一部分
#include<stdio.h> { int *p=(int*)malloc(40); if(p==NULL) { return 0; } int i=0; for(i=0;i<10;i++) { *p++=i; } free(p); p=NULL;//在这里p已经变化了，不是最初指向的空间了 return 0; }
代码应该改为
for(i=0;i<10;i++) { *(p+i)=i; } 5.对同一块动态内存多次释放 int *p=(int*)malloc(40); if(p==NULL) return 0; else{ .... free(p); free(p); p=NULL; return 0; }
或者这样,这样不会报错（每次释放完后，p所指向的地址置为空指针）
free(p); p=NULL; free(p);
6.动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
while(1) { malloc(1); sleep(1000); } return 0;
三.习题讲解
1.代码找错
（1）内存泄漏
这里有几个错误
(1)调用完GetMemory之后，p是GetMemory中的一个形参变量，p在这个函数内有效，出了这个函数之后就无效了，等GetMemory函数返回之后，动态开辟内存尚未释放并且无法找到，所以会造成内存泄漏，所以在这里str还是空指针，不是有效的地址，所以
strcpy(str,"hello world");//str并没有指向有效的地址，而是一块空指针
（2）没有free(),会出现内存泄露问题
void GetMemory(char **p)//对char *的地址解引用就是**p,p中存放的是str的地址,那么*p就是str { *p=(char *)malloc(100); } void Test(void) { char *str=NULL; GetMemory(&str); strcpy(str,"hello world"); printf(str); free(str); str=NULL; } int main() { Test(); return 0; }
或者
char* GetMemory(char *p)//对char *的地址解引用就是**p,p中存放的是str的地址,那么*p就是str { p=(char *)malloc(100); return p; } void Test(void) { char *str=NULL; str=GetMemory(str); strcpy(str,"hello world"); printf(str); free(str); str=NULL; } int main() { Test(); return 0; }
（2）返回栈空间地址的问题
（1）str=GerMemory();//确实将返回值放到了str中，但是执行完该代码后，p的空间就还给操作系统了，所以当printf(str)打印时，str指向哪块空间就不清楚了，同理
int *test() { int a=10; return &a; } int main() { int *p=test();//非法访问内存空间 *p=20; return 0; }
可以改为
int *test() { //int a=10;//栈区 static int a=10;//将a放在静态区中，栈空间的地址返回存在风险，但是静态区不会 return &a; } int main() { int *p=test(); *p=20; return 0; }
也可以写为
int* test() { int *ptr=malloc(100);//在堆区,如果不free依然存在 return ptr; } int main() { int *p=test(); return 0; }
（3）非法访问内存
篡改动态内存区的内容，后果难以预料，非常危险。
因为free(str);之后，str成为野指针if(str!=NULL)语句不起作用
void test(void) { char *str=(char*)malloc(100); strcpy(str,"hello"); free(str);//虽然str开辟的区域已经还给操作系统了,但是str还是指向这块区域 if(str!=NULL)//这里判断为真，world覆盖hello,打印了world,但是这块空间已经被释放了，不能使用了，但是还是打印了world，非法访问 { strcpy(str,"world"); printf(str); } } int main() { test(); return 0; }
代码修改为
void test(void) { char *str=(char*)malloc(100); strcpy(str,"hello"); free(str);//虽然str开辟的区域已经还给操作系统了,但是str还是指向这块区域 str=NULL;//这样下面的判断(str!=NULL)才有意义 if(str!=NULL) { strcpy(str,"world"); printf(str); } } int main() { test(); return 0; }
四.柔性数组
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
运用柔性数组
struct S { int n; int arr[];//未知大小的,柔性数组成员，数组大小是可以改变的 } int main() { struct S s; printf("%d\n",sizeof(s));//结果为4 struct S* ps=(struct S*)malloc(sizeof(struct S)+5*sizeof(int)); //为arr开辟了5个int型的地址空间 ps->n=100; for(int i=0;i<5;i++) { ps->arr[i]=i//0 1 2 3 4 5 } Struct *ptr=realloc(ps,44);//原来是24个字节,现在是44个字节，多个5个整型变量 if(ptr!=NULL) ps=ptr; for(int i=5;i<10;i++) { ps->arr[i]=i; } for(int i=0;i<10;i++) { printf("%d",ps->arr[i]); } free(ps); ps=NULL; return 0; }
另一种写法，不适用柔性数组，开辟空间的方式有一些区别，但是总体得到的结果相同
struct S { int n; int* arr; } int main() { struct S*ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S)); ps->arr=malloc(5*sizeof(int)); int i=0; for(i=0;i<5;i++) { ps->arr[i]=i; } for(i=0;i<5;i++) { printf("%d",ps->arr[i]); } int *ptr=realloc(ps->arr,10*sizeof(int)); if(ptr!=NULL) ps->arr=ptr; for(int i=5;i<10;i++) ps->arr[i]=i; for(int i=0;i<10;i++) printf("%d",ps->arr[i]); //释放内存,注意先后顺序不能改变 free(ps->arr); ps->arr=NULL; free(ps); ps=NULL; return 0; }
柔性数组的优点（第一种对于第二种而言的优点）
1.第二种运用了两次malloc，就要使用两次free(),出错概率更高
2.柔性数组相当于第二种方法，内存碎片更少了，内存利用率更高
3.柔性数组开辟的空间内存是连续的，访问效率更高，而第二种方法不是连续的
