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【C语言】想要节省空间，你必须要知道——动态内存管理（附通讯录动态内存版源码）

2021-12-13 128
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简介： 【C语言】想要节省空间，你必须要知道——动态内存管理（附通讯录动态内存版源码）

image.png

【C语言】想要节省空间，你必须要知道——动态内存管理 （附通讯录动态内存版源码）

1.    为什么存在动态内存分配

2.    动态内存函数的介绍

2.1    malloc

2.2    free

malloc和free通常配合一起使用：

2.3    calloc

2.4    realloc

3.    常见的动态内存错误

4.    几个经典的笔试题

   题目1：

   代码分析：

   代码改正：

   题目2：

   代码分析：

   代码改正：

   题目3 ：

   代码分析：

   代码改正：

   题目4 ：

   代码分析：

   代码改正：

5.    柔性数组

通讯录（动态储存版本）源码


（附通讯录动态内存版源码）)

1.    为什么存在动态内存分配

我们已经掌握的内存开辟方式有：


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


但是上述的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，那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存开辟了。


2.    动态内存函数的介绍

2.1    malloc

C语言为我们提供了一个动态内存开辟的函数：


描述


C 库函数 void *malloc(size_t size) 分配所需的内存空间，并返回一个指向它的指针。


声明


void *malloc(size_t size)


参数


size – 内存块的大小，以字节为单位。


返回值


该函数返回一个指针 ，指向已分配大小的内存。如果请求失败，则返回 NULL。


注意点：


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，则返回一个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。

4.如果参数 size 为 0，malloc的行为是标准是未定义的，取决于编译器。

5.malloc开辟的内存空间是在堆上的，不会自动释放空间。


2.2    free

由于malloc是在堆空间上开辟内存，不会被自动释放，容易造成内存泄漏

这时候，C语言里提供了一个free函数，来人为释放动态内存开辟的空间，将空间还给操作系统


描述


C 库函数 void free(void *ptr) 释放之前调用 calloc、malloc 或 realloc 所分配的内存空间。


声明


void free(void *ptr)


参数


ptr – 指针指向一个要释放内存的内存块，该内存块之前是通过调用 malloc、calloc 或 realloc 进行分配内存的。如果传递的参数是一个空指针，则不会执行任何动作。


返回值


该函数不返回任何值。


注意：


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，则函数什么事都不做。

3.通常在free完之后，要 ptr=NULL；将指针给置空，否则当释放了空间，这块空间的指针仍然存在，就会造成一个野指针


malloc和free通常配合一起使用：

举个栗子

image.png

2.3    calloc

描述


C 库函数 void *calloc(size_t nitems, size_t size) 分配所需的内存空间，并返回一个指向它的指针。malloc 和 calloc 之间的不同点是，malloc 不会设置内存为零，而 calloc 会设置分配的内存为零。


声明


void *calloc(size_t nitems, size_t size)


参数


nitems – 要被分配的元素个数。

size – 元素的大小。


返回值


该函数返回一个指针，指向已分配的内存。如果请求失败，则返回 NULL。


注意：


1.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。

2.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。


举个例子：


malloc不会初始化空间，cd就是随机值的意思

image.png

calloc会初始化空间为0

image.png

2.4    realloc

描述


C 库函数 void *realloc(void *ptr, size_t size) 尝试重新调整之前调用 malloc 或 calloc 所分配的 ptr 所指向的内存块的大小。


声明


void *realloc(void *ptr, size_t size)


参数


ptr – 指针指向一个要重新分配内存的内存块，该内存块之前是通过调用 malloc、calloc 或 realloc 进行分配内存的。如果为空指针，则会分配一个新的内存块，且函数返回一个指向它的指针。

size – 内存块的新的大小，以字节为单位。如果大小为 0，且 ptr 指向一个已存在的内存块，则 ptr 所指向的内存块会被释放，并返回一个空指针。


返回值


该函数返回一个指针 ，指向重新分配大小的内存。如果请求失败，则返回 NULL。


注意：


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在调整内存空间的时候存在两种情况：

情况1：原有空间之后没有足够大的空间

情况2：原有空间之后有足够大的空间

image.png

因为有两种情况的存在，所以我们在使用realloc函数的同时要注意检查返回的是否为空指针

image.png

3.    常见的动态内存错误

对NULL指针的解引用操作

image.png

对动态开辟空间的越界访问

image.png

对非动态开辟内存使用free释放

image.png

使用free释放一块动态开辟内存的一部分

image.png

对同一块动态内存多次释放

image.png

动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

image.png

忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄漏。

切记： 动态开辟的空间一定要释放，并且正确释放 。

4.    几个经典的笔试题

   题目1：

image.png

运行Test会有什么结果？

答案是会程序会挂掉

   代码分析：

错误原因；

①str传给p的时候，是值传递，p是str的临时拷贝，所以当malloc开辟的空间起始地址放在p中时，不会影响str，str依然为NULL

②当str时NULL，strcpy想把hello world拷贝到str指向的空间时，程序就崩溃了，因为NULL指针指向的空间是不能直接访问的


图解：*

image.png

代码改正：

image.png

题目2：

image.png

运行Test会有什么结果？

答案是

image.png

   代码分析：

错误原因；

①p是局部变量（局部变量是存在栈区的），函数调用完之后就会随着函数空间的销毁而销毁，将内存空间还给操作系统

②返回的p实际上已经是一个野指针了，指向的是未知的空间

图解：

image.png

代码改正：

image.png

  题目3 ：

image.png

运行Test会有什么结果？

答案是

内存泄漏！！！！

代码分析：

错误原因；

①malloc申请了内存空间，是在堆区上的，是不会自动销毁的

②如果在使用完成之后没有free掉这块空间，会造成内存泄漏，内存泄漏是指程序中已动态分配的的堆内存，由于某些原因无法释放或者未释放，造成的内存浪费。

图解：

image.png

代码改正：

image.png

题目4 ：

image.png

运行Test会有什么结果？

答案是

数据非法访问

   代码分析：

错误原因；

①free完之后没有将指针置空，造成了野指针的存在

②野指针会导致非法访问行为

图解：

image.png

 代码改正：

image.png

5.    柔性数组

也许你从来没有听说过柔性数组（flexible array）这个概念，但是它确实是存在的。

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。

例如：

image.png

有些编译器会报错无法编译可以改成：

image.png

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。

例如：

image.png

柔性数组的使用

image.png这样柔性数组成员a，相当于获得了100个整型元素的连续空间。

柔性数组的优势

上述的 type_a 结构也可以设计为：

image.png

上述 代码1 和 代码2 可以完成同样的功能

但是 方法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。（其实，我个人觉得也没多高了，反正你跑不了要用做偏移量的加法来寻址）


通讯录（动态储存版本）源码

通讯录.c

#include "contact.h"
void menu()  
{
  printf("******************************\n");
  printf("****  1. 添加      2. 删除  **\n");
  printf("****  3. 搜索      4. 修改  **\n");
  printf("****  5. 展示全部  6. 排序  **\n");
  printf("****  0. 退出               **\n");
  printf("******************************\n");
}
int main()
{
  int input = 0;
  //创建一个通讯录
  struct Contact con;
  //初始化通讯录
  InitContact(&con);
  do
  {
    menu();
    printf("请选择:>");
    scanf_s("%d", &input);
    switch (input)
    {
    case ADD:
      AddContact(&con);
      break;
    case DEL:
      DeletContact(&con);
      break;
    case SHOW:
      ShowContact(&con);
      break;
    case MODIFY:
      ModifyContact(&con);
      break;
    case SEARCH:
      SearchContact(&con);
      break;
    case SORT:
      SortContact(&con);
      break;
    case EXIT:
      //销毁通讯录
      DestroyContact(&con);
      printf("退出通讯录\n");
      break;
    default:
      printf("选择错误\n");
      break;
    }
  } while (input);
  return 0;
}

contact.c

#include "contact.h"
//静态初始化
//void InitContact(struct Contact* pc)
//{
//  pc->sz = 0;//默认没有信息
//  memset(pc->data, 0, MAX*sizeof(struct PeoInfo));
//  memset(pc->data, 0, sizeof(pc->data));
//}
//动态初始化
void InitContact(struct Contact* pc)
{
  pc->sz = 0;
  pc->data = (struct PeoInfo*)malloc(DEFAULT_SZ * sizeof(struct PeoInfo));
  pc->capacity = DEFAULT_SZ;//初始最大容量为3
}
//静态添加
//void AddContact(struct Contact* pc)
//{
//  if (pc->sz == MAX)
//  {
//    printf("通讯录满了\n");
//  }
//  else
//  {
//    printf("请输入名字:>");
//    scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].name, 30);
//    printf("请输入年龄:>");
//    scanf_s("%d", &(pc->data[pc->sz].age));
//    printf("请输入性别:>");
//    scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].sex, 5);
//    printf("请输入电话:>");
//    scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].tele, 12);
//    printf("请输入地址:>");
//    scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].addr, 30);
//
//
//    printf("添加成功\n");
//    pc->sz++;
//    ShowContact(pc);
//  }
//}
//动态添加
void AddContact(struct Contact* pc)
{
  if (pc->sz == pc->capacity)
  {
    struct PeoInfo* ptr = (struct PeoInfo*)realloc(pc->data, (pc->capacity + 2) * sizeof(struct PeoInfo));
    if (ptr != NULL)
    {
      pc->data = ptr;
      pc->capacity += 2;
      printf("增容成功\n");
    }
    else
    {
      return;
    }
    printf("增容成功\n");
  }
  //录入新增人的信息
      printf("请输入名字:>");
    scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].name, 30);
    printf("请输入年龄:>");
    scanf_s("%d", &(pc->data[pc->sz].age));
    printf("请输入性别:>");
    scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].sex, 5);
    printf("请输入电话:>");
    scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].tele, 12);
    printf("请输入地址:>");
    scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].addr, 30);
    printf("添加成功\n");
    pc->sz++;
    ShowContact(pc);
}
void DeletContact(struct Contact* pc)
{
  printf("请输入需要删除的联系人姓名\n");
  char name[30] = "0";
  scanf_s("%s", name, 30);
  for (int i = 0; i < pc->sz; i++)
  {
    if (strcmp(name, pc->data[i].name) == 0)
    {
      for (int j = i; j < pc->sz-1; j++)
      {
        strcpy_s(pc->data[j].name, 30, pc->data[j + 1].name);
        strcpy_s(pc->data[j].sex, 5, pc->data[j + 1].sex);
        strcpy_s(pc->data[j].tele, 12, pc->data[j + 1].tele);
        strcpy_s(pc->data[j].addr, 30, pc->data[j + 1].addr);
        pc->data[j].age = pc->data[j + 1].age;
      }
      printf("删除成功\n");
      (pc->sz)--;
      ShowContact(pc);
    }
  }
}
void ModifyContact(struct Contact* pc)
{
  printf("请输入需要修改的联系人姓名\n");
  char name[30] = "0";
  scanf_s("%s", name, 30);
  for (int i = 0; i < pc->sz; i++)
  {
    if (strcmp(name, pc->data[i].name) == 0)
    {
      printf("请输入名字:>");
      scanf_s("%s", pc->data[i].name, 30);
      printf("请输入年龄:>");
      scanf_s("%d", &(pc->data[i].age));
      printf("请输入性别:>");
      scanf_s("%s", pc->data[i].sex, 5);
      printf("请输入电话:>");
      scanf_s("%s", pc->data[i].tele, 12);
      printf("请输入地址:>");
      scanf_s("%s", pc->data[i].addr, 30);
      printf("修改成功!\n");
      ShowContact(pc);
    }
  }
}
void ShowContact(struct Contact* pc)
{
  int i = 0;
  printf("序号\t%10s\t%10s\t%8s\t%15s\t%30s\n", "name", "age", "sex", "tele", "addr");
  for (i = 0; i < pc->sz ; i++)
  {
    //打印每一个数据
    printf("%d\t%10s\t%10d\t%8s\t%15s\t%30s\n",
      i + 1,
      pc->data[i].name,
      pc->data[i].age,
      pc->data[i].sex,
      pc->data[i].tele,
      pc->data[i].addr);
  }
}
void SearchContact(struct Contact* pc)
{
  printf("请输入需要搜索的联系人姓名\n");
  char name[30] = "0";
  scanf_s("%s", name, 30);
  for (int i = 0; i < pc->sz; i++)
  {
    if (strcmp(name, pc->data[i].name) == 0)
    {
      printf("序号\t%10s\t%10s\t%8s\t%15s\t%30s\n", "name", "age", "sex", "tele", "addr");
      printf("%d\t%10s\t%10d\t%8s\t%15s\t%30s\n",
        i + 1,
        pc->data[i].name,
        pc->data[i].age,
        pc->data[i].sex,
        pc->data[i].tele,
        pc->data[i].addr);
      return;
    }
  }
  printf("找不到联系人信息\n");
}
void SortContact(struct Contact* pc)
{
  struct PeoInfo temp;
  for (int j = 0; j < pc->sz - 1; j++)
    for (int i = 0; i < pc->sz - 1 - j; i++)
    {
      if (strcmp(pc->data[i].name, pc->data[i + 1].name) > 0)
      {
        temp = pc->data[i + 1];
        pc->data[i + 1] = pc->data[i];
        pc->data[i] = temp;
      }
    }
  ShowContact(pc);
}
void DestroyContact(struct Contact* pc)
{
  free(pc->data);
  pc->data = NULL;
  pc->capacity = 0;
  pc->sz = 0;
}

contact.h

#pragma once
#define NAME_MAX 30
#define SEX_MAX 5
#define TELE_MAX 12
#define ADDR_MAX 30
#define MAX 1000
#define DEFAULT_SZ 3 //默认大小为3
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
//创建枚举变量
enum Option
{
  EXIT,
  ADD,
  DEL,
  SEARCH,
  MODIFY,
  SHOW,
  SORT
};
//描述人的信息
struct PeoInfo
{
  char name[NAME_MAX];
  int age;
  char sex[SEX_MAX];
  char tele[TELE_MAX];
  char addr[ADDR_MAX];
};
//通讯录-静态版本
//struct Contact
//{
//  struct PeoInfo data[MAX];//1000个人的数据存放在data数组中
//  int sz;//记录当前通讯录有效信息的个数
//};
//动态增长的版本
struct Contact
{
  struct PeoInfo* data;
  int sz;//通讯录中当前有效元素的个数
  int capacity;//通讯录的当前最大容量
};
//初始化通讯录
void InitContact(struct Contact* pc);
//增加联系人
void AddContact(struct Contact* pc);
//删除联系人
void DeletContact(struct Contact* pc);
//修改联系人信息
void ModifyContact(struct Contact* pc);
//搜索联系人信息
void SearchContact(struct Contact* pc);
//显示所有的联系人
void ShowContact(struct Contact* pc);
//按姓氏排序联系人信息
void SortContact(struct Contact* pc);
//销毁通讯录
void DestroyContact(struct Contact* pc);












文章标签：
C语言
编译器
关键词：
C语言源码
内存管理内存
C语言内存管理
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C语言通讯录
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