【C语言基础】：动态内存管理（含经典笔试题分析）-1
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4. 常见的动态内存错误
4.1 对NULL指针的解引用操作
void test() { int* p = (int*)malloc(INT_MAX); *p = 20; //如果p的值是NULL，就会有问题 free(p); }
这里一定要对p进行判断，避免p是一个空指针。
4.2 对动态开辟空间的越界访问
void test() { int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int)); if (p != NULL) { for (int i = 0; i <= 10; i++) { *(p + i) = i + 1; //当i是10的时候越界访问 } } free(p); p = NULL; }
malloc申请的空间和数组非常相似，都是一个连续的空间，所以要对边界进行把控，避免越界访问。
4.3 对非动态开辟内存使用free释放
int main() { int a = 10; int* p = &a; free(p); p = NULL; return 0; }
注意：free只能释放动态申请的空间，而局部变量是在栈区的，无法用free释放。
4.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分
int main() { int* p = (int*)malloc(100); // 申请100个字节大小的空间 if (p == NULL) { return 1; } for (int i = 0; i < 10; i++) { *p = i + 1; p++; // 这里的p不再是动态申请的内存的起始位置 } free(p); p = NULL; return 0; }
这里的p已经不再指向起始位置，不能对其使用free进行释放。
4.5 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 }
这种对动态内存重复释放也是错误的，但可以避免，就是在第一次释放后及时将p置为空指针。
4.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
int main() { int* p = (int*)malloc(100); if (p != NULL) { *p = 20; } while (1); return 0; }
动态申请空间未释放会导致这一部分内存无法再次被申请，会一直占用，导致内存泄漏。
切记：动态开辟的空间⼀定要释放，并且正确释放。
5. 动态内存经典笔试题分析
【题目1】：
void GetMemory(char* p) { p = (char*)malloc(100); } void Test(void) { char* str = NULL; GetMemory(str); strcpy(str, "hello world"); printf(str); }
请问运行Test 函数会有什么样的结果？
分析：Test函数里面调用GetMemory函数，而GetMemory函数里面开辟了一个100个字节大小的空间，但由于是传值调用，出GetMemory函数时这个申请的空间就被销毁了，所以Test函数里的str还是一个空指针，将字符串拷贝到空指针中必定会对空指针进行解引用操作，导致程序崩溃。
解决：GetMemory使用传址调用，直接对str进行开辟空间，使用完之后及时对开辟空间进行释放，str置为空指针。
【题目2】：
char* GetMemory(void) { char p[] = "hello world"; return p; } void Test(void) { char* str = NULL; str = GetMemory(); printf(str); }
请问运行Test 函数会有什么样的结果？
分析：Test函数里面将GetMemory的返回值返回给str，但由于GetMemory函数调用后p就被销毁了，导致str成为了一个野指针，无法打印hello world，这就是返回栈空间地址的问题。
【题目3】：
void GetMemory(char** p, int num) { *p = (char*)malloc(num); } void Test(void) { char* str = NULL; GetMemory(&str, 100); strcpy(str, "hello"); printf(str); }
请问运行Test 函数会有什么样的结果？
分析：Test函数里面将str进行传址调用，在GetMemory函数里面申请100个字节大小的空间，将hello拷贝到str所指向的空间中，但是使用之后并没有使用free函数进行释放，导致内存泄漏。
解决：申请的空间使用完之后要使用free函数进行释放，并将str置为空指针。
【题目4】：
void Test(void) { char* str = (char*)malloc(100); strcpy(str, "hello"); free(str); if (str != NULL) { strcpy(str, "world"); printf(str); } }
请问运行Test 函数会有什么样的结果？
分析：Test函数里面str申请了100个字节的空间，将hello拷贝到str所指向的空间中，就直接用free释放掉了，导致str成了野指针，之前将hello拷贝到str中，所以str一定不是空指针，所以下面的if语句一定会执行，打印str空间里的内容会对野指针进行操作导致程序崩溃。
二、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。
【示例】：
struct S { int i; int arr[0]; // 柔性数组成员 //有些编译器会报错⽆法编译可以改成：int arr[]; };
1. 柔性数组的特点
- 结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。
- sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。
- 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于。
【示例】：
struct S { int n;//4个字节 int arr[];//柔性数组 }; int main() { printf("%zd\n", sizeof(struct S)); return 0; }
sizeof只计算不包括柔性数组的内存，所以柔性数组成员前面必须至少一个其他成员，不然结构体的大小将为0。
2. 柔性数组的使用
【示例】：
代码1
#include<stdlib.h> struct S { int n;//4个字节 int arr[];//柔性数组 }; int main() { struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 5 * sizeof(int)); if (ps == NULL) { perror("malloc"); return 1; } ps->n = 100; for (int i = 0; i < 5; i++) { ps->arr[i] = i; } // 释放 free(ps); ps = NULL; return 0; }
malloc函数中sizeof(struct S)计算的是除了柔性数组的空间，后面的才是给柔性数组申请的空间。当然
代码2
struct S { int n; int* arr; }; int main() { struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S)); if (ps == NULL) return 1; ps->arr = (int*)malloc(5 * sizeof(int)); if (ps->arr == NULL) return 1; ps->n = 100; for (int i = 0; i < 5; i++) { ps->arr[i] = i; } // 调整空间大小 int* ptr = (int*)realloc(ps->arr, 10 * sizeof(int)); if (ptr == NULL) return 1; ps->arr = ptr; // 使用 //... // 释放 free(ps->arr); free(ps); return 0; }
3. 柔性数组的优点
上述代码1和代码2可以完成同样的功能，但是代码1的实现有两个好处：
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。
三、C/C++中程序内存区域划分
- 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。
- 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。
- 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。
- 代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码。
