动态内存管理介绍
在以往开辟空间的方式有俩个特点:
1.空间开辟的大小是固定的
2.数组在声明的时候，必须指定数组的长度，数组所需要的内存在编译时已经被分配
int str[10] = {0}; int i = 10; int arr[] = {1,2,3,4,5};
但是对于空间的需求，有时候我们所需要的空间大小在程序运行时才可得知，此时需要进行内存分配
- 动态内存管理的函数放在堆区
动态内存函数
malloc
- malloc函数介绍：
void* malloc ( size_t size);
申请内存空间：这个函数向内存申请一块连续可用的空间，并返回这块空间的指针
- 头文件：#include<stdlib.h>
- 参数：内存块的大小（以字节为单位）
- 返回值：如果成功返回被函数分配的内存块的指针，失败返回一个空指针，此指针的类型为void*，可以将其强制转换为所需要的数据指针类型，以便取消引用
注意事项：
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，返回一个NULL指针，因此malloc的返回值一定要做检查
3.返回值的类型时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决定
4.如果参数size为0，malloc的行为是标准未定义的，取决于编译器
//malloc实际使用 #include<stdio.h> //头文件 #include<stdlib.h> int main(void) { //假设开5个int整型大小的空间 int num = 5; int* pstr = (int*)malloc(sizeof(int) * num); //判断是否开辟成功 if (pstr == NULL) { perror("Malloc fail"); return; } //存储数据 int i = 0; for (i = 0; i < num; i++) { pstr[i] = i; } //打印 for (i = 0; i < num; i++) { printf("%d ", pstr[i]); } return 0; }
- 注意malloc函数在堆区开辟完空间之后需要释放
free
- free函数介绍：
void free (void* ptr)
解放动态开辟的内存：释放被malloc,calloc,realloc函数开辟的内存块，以便为了以后再次的内存开辟
- 头文件：#include<stdlib.h>
- 参数ptr：被malloc,calloc,realloc函数开辟的内存所指向的指针
- 返回值：none
注意事项：
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，则函数不做任何事
- 实际使用
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 //free实际使用 #include<stdio.h> //头文件 #include<stdlib.h> int main(void) { //假设开5个int整型大小的空间 int num = 5; int* pstr = (int*)malloc(sizeof(int) * num); //判断是否开辟成功 if (pstr == NULL) { perror("Malloc fail"); return; } free(pstr); pstr = NULL; return 0; }
calloc
- calloc函数介绍：
void* calloc (size_t num, size_t size)
分配初始化为零的内存：为 num 元素数组分配一个内存块，每个元素的字节大小为字节长，并将其所有位初始化为零
- 头文件：#include<stdlib.h>
- 参数num：要分配的num个元素
- 参数size：每个元素的大小
注意事项：
malloc申请到的空间，没有初始化直接返回起始地址；calloc申请号空间后，会把空间初始化为0，然后返回起始地点
- 实际使用：
//calloc实际使用 #include<stdio.h> //头文件 #include<stdlib.h> int main(void) { int num = 5; int* pstr = (int*)calloc(num, sizeof(int)); if (pstr == NULL) { perror("Calloc fail"); return; } //打印 int i = 0; for (i = 0; i < num; i++) { printf("%d ", pstr[i]); } //释放内存 free(pstr); pstr = NULL; return 0; }
- 运行结果
realloc
- realloc函数介绍：
void* realloc(void* ptr ,size_t szie)
重新分配内存块：更改 ptr 指向的内存块的大小
- 头文件：#include<stdlib.h>
- 参数ptr：ptr是要调整的内存指针
- 参数size：size是调整之后的新大小
- 返回值：调整之后的内存起始位置
注意事项：
1.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
2.realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活
3.realloc函数可以做到对动态开辟内存大小的调整
4.realloc函数在扩容失败直接返回NULL
- realloc在调整内存空间存在俩种情况：
（1）情况1：原有空间之后有足够大的空间，此时直接在后边续上新的空间，返回旧的起始地址
（2）情况2：当后面没有足够的空间可以扩容，realloc函数会找一个满足空间大小的新的连续空间，把旧的空间的数据，拷贝新空间的前面的位置，并且把旧的空间释放，同时返回新的空间的地址
- realloc实际使用：
//realloc实际使用 #include<stdio.h> //头文件 #include<stdlib.h> int main(void) { //设置原有空间大小 int num = 5; int* pstr = (int*)malloc(sizeof(int) * num); if (pstr == NULL) { perror("Malloc fail"); return; } //存放数据 int i = 0; for (i = 0; i < num; i++) { pstr[i] = i; } //打印 for (i = 0; i < num; i++) { printf("%d ",pstr[i]); } printf("\n"); //扩容 int* p = (int*)realloc((void*)pstr, sizeof(int) * num * 2); if (p == NULL) { perror("Realloc fail"); return; } pstr = p; p = NULL; //赋值 for (i = num; i < num * 2; i++) { pstr[i] = 5; } //打印 for (i = 0; i < num * 2; i++) { printf("%d ",pstr[i]); } free(pstr); pstr = NULL; return 0; }
- 运行结果：
常见动态内存的错误
- 对NULL解引用操作
void test() { int* p = (int*)malloc(4); *p = 20; //如果p的值是NULL，就会有问题 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) { perror("Malloc fail"); } for (i = 0; i <= 10; i++) { *(p + i) = i; //当i是10的时候越界访问 } free(p); p = NULL; }
- 对非动态开辟内存使用free释放
void test() { int a = 10; int* p = &a; free(p); }
- 使用free释放动态开辟的一部分
void test() { int* p = (int*)malloc(100); p++; free(p); //p不再指向动态内存的起始位置 }
- 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 }
- 动态开辟内存之后忘记释放（内存释放）
void test() { int *p = (int *)malloc(100); if(NULL != p) { *p = 20; } } int main() { test(); while(1); }
忘记释放不再使用的动态开辟的内存会造成内存泄露，所以切记动态内存一定要释放，并且需要正确释放
- C\C++程序内存区域划分
- C\C++程序内存分配的几个区域
1.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区上创建，函数执行结束时这些存储单元会自动被释放，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。
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
实际上普通的局部变量实是在栈区分配空间的，栈区的特点是在上面创建变量，出了作用域就会销毁。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，知道程序结合才销毁，所以生命周期更长
柔性数组（C99）
- 结构中最后一个元素允许是未知大小的数组
struct s { int n; char c; char str[];//或者char str [0] //数据的大小是未知的（柔性数组成员） }
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小
柔性数组的优势：
- 方便内存释放
- 有利于访问速度
//柔性数组 #include<stdio.h> #include<stdlib.h> int main(void) { struct stu { int i; int* pa; }stu; struct stu* p = malloc(sizeof(stu)); if (p == NULL) { perror("malloc fail\n"); return; } p->i = 100; p->pa = (int*)malloc(p->i * sizeof(int)); if (p->pa == NULL) { perror("malloc fail\n"); return; } //释放 free(p->pa); p->pa = NULL; free(p); p = NULL; return 0; }
