【c语言】动态内存管理

简介: 本文介绍了C语言中的动态内存管理,包括其必要性及相关的四个函数:`malloc`、``calloc``、`realloc`和`free`。`malloc`用于申请内存,`calloc`申请并初始化内存,`realloc`调整内存大小,`free`释放内存。文章还列举了常见的动态内存管理错误,如空指针解引用、越界访问、错误释放等,并提供了示例代码帮助理解。

一、为什么会有动态内存管理

       我们在定义一个数组的时候,这个数组的大小就是固定的,一旦确定了数组的大小,未来就不能再调整。而c语言中,提供了动态内存开辟,我们就可以自由地申请或者释放空间,更加灵活。


二、动态内存管理相关函数

1.malloc

malloc函数是c语言的库函数,使用时要引头文件stdlib.h,它用于在内存中开辟一块空间,如果开辟成功,返回值是指向这块空间的起始地址,否则返回空指针。

它的函数原型:


void* malloc(size_t size);


注意:函数的参数是要申请的空间的大小;由于返回值是void*类型,在使用它时要进行强转。

接下来我们尝试使用这个函数:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int main()
{
    int* ptr = (int*)malloc(sizeof(int));
    if (ptr == NULL)//判断内存开辟是否成功,是空指针则开辟失败
    {
        perror("malloc");//打印错误信息
        return 0;//退出程序
    }
    *ptr = 1;
    printf("%d\n", *ptr);
    return 0;
}

运行结果:



2.calloc

calloc函数和malloc的作用类似,也用于开辟一块空间,区别是它开辟的空间会默认赋值为0。使用时需要引头文件stdlib.h。

函数原型:


void* calloc(size_t num,size_t size);


它所开辟的空间大小为num*size,就是num个大小为size的空间。


当然,它的使用也需要进行强转和返回值判断:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int main()
{
    int* ptr = (int*)calloc(3, sizeof(int));
    if (ptr == NULL)
    {
        perror("calloc");
        return 0;
    }
    return 0;
}

3.realloc

realloc可以对开辟的动态内存的大小进行调整,让我们使用内存更加灵活。


它的原型如下:


void* realloc(void* ptr,size_t size);


ptr是需要调整的空间的起始地址,size为调整后的空间大小。要注意:realloc只能对动态开辟的内存进行调整


我们尝试使用它:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int main()
{
    int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    if (p == NULL)
    {
        perror("malloc");
        return 0;
    }
    p = (int*)realloc(p, 20 * sizeof(int));
    return 0;
}

但是这样对内存空间进行调整,会有一个潜在的问题。我们仔细分析一下内存调整的过程:


realloc在对内存进行增容时有以下两种情况:


1.原有空间之后有足够大空间



此时,后面的内存空间足够增容,内存的起始地址不会变化。


2.原有空间之后没有足够的空间



此时,函数就会寻找一块更大的地方来存放原有空间和增容后的空间,但是内存的起始地址会改变。


       在第二种情况下,如果内存增容失败并且我们使用原来的指针变量接收,由于返回值是空指针,这导致原有的内存空间也会丢失,真是赔了夫人又折兵。所以我们在使用realloc的时候,应该先创建一个临时变量来接收这个地址,如果它不为空指针,再赋值给指向起始地址的指针

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int main()
{
    int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    if (p == NULL)
    {
        perror("malloc");
        return 0;
    }
    int* ptr = (int*)realloc(p, 20 * sizeof(int));
    if (ptr != NULL)//如果调整成功,再把接收到的地址赋值给p
    {
        p = ptr;
    }
    return 0;
}

4.free

       当我们主动申请了内存空间之后,自然也需要主动释放它。而free就用于将申请的动态内存进行释放。它的原型如下:


void free(void* ptr);


其中,ptr是指向开辟内存的起始地址。注意:free只能对手动开辟的动态内存使用


使用举例:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int main()
{
    //开辟动态内存
    int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    if (p == NULL)
    {
        perror("malloc");
        return 0;
    }
    //使用内存空间
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        p[i] = i+1;
    }
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("%d ", p[i]);
    }
    //释放内存
    free(p);
    p = NULL;//及时将p制成空指针,避免野指针出现
    return 0;
}

运行结果:


三、常见动态内存开辟错误

1.对空指针解引用操作

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int main()
{
    int* p = (int*)malloc(sizeof(int));
    *p = 1;//如果开辟失败,p是空指针,就会出问题。应该对指针的有效性进行判断
}

2.对动态开辟空间的越界访问

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int main()
{
    int* p = (int*)malloc(5 * sizeof(int));
    if (p == NULL)
    {
        perror("malloc");
        return 0;
    }
    for (int i = 0; i < 10; i++)//越界访问
    {
        p[i] = i + 1;
    }
    return 0;
}

3.对非动态开辟的内存进行free释放

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int main()
{
    int a = 0;
    int* p = &a;
    free(p);//error
    return 0;
}

4.不完全释放开辟的内存片段

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int main()
{
    int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    if (p == NULL)
    {
        perror("malloc");
        return 0;
    }
    p++;//p已经不再指向起始地址
    free(p);
    return 0;
}

5.对同一块内存多次释放

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int main()
{
    int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    if (p == NULL)
    {
        perror("malloc");
        return 0;
    }
    free(p);
    free(p);//多次释放
    return 0;
}

6.忘记释放动态开辟的内存

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int main()
{
    int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    if (p == NULL)
    {
        perror("malloc");
        return 0;
    }
    return 0;//将导致内存泄漏
}

总结

本篇文章我们学习了动态内存管理的相关知识,了解到了动态内存开辟的原因,认识了几个新函数,以及意识到动态开辟内存会常常出现一些问题,我们要学会取规避这些情况。之后博主会和大家分享文件操作相关知识,如果你觉得博主讲的还不错,就请留下一个小小的赞在走哦,感谢大家的支持❤❤❤

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