目录

•  ⛳前言
•  ⌛一、寻根问底
  •  什么是动态内存分配 / 管理？
  •  为什么需要动态内存分配？
  •  怎么建立动态内存分配？
•  ⌚二、动态内存函数
  •  malloc
  •  free
  •  calloc
  •  realloc
•  ⛵三、常见的动态内存错误
  •  1）对空指针NULL的解引用操作
  •  2）对动态开辟空间的越界访问
  •  3）对非动态开辟内存使用 free 释放
  •  4）对同一块动态内存的多次释放
  •  5）使用 free 释放一块动态开辟内存的一部分
  •  6）动态开辟内存忘记释放（导致内存泄露）
•  ✨四、经典笔试题练习
  •  题目1：
  •  题目2：
  •  习题3：
  •  习题4:
•  ⏲五、C/C++程序的内存开辟
•  ⚾六、柔性数组
  •  举例
  •  柔性数组功能的替代方法

⛳前言

现代计算机基本都是基于冯诺伊曼结构体系设计出来的，冯诺伊曼结构体系的核心就是“存储程序”，将程序（指令集）和数据以同等地位存储在内存中。但是我们的内存空间并不是无限大的，所以为了高效的利用好内存空间，操作系统会对这些内存空间进行相应的分区，不同区域的内存有其对应的功能和使用方式。

比如局部变量、函数形参通常是存储在栈区的，这部分内存空间的特点就是临时使用，用完即释放（当然这个都是由操作系统自动完成的，不需要程序员的干预）；
再比如全局变量通常存放在静态区，此外由static修饰的局部变量也会放到静态区（所以static修饰局部变量，本质上是改变了其存储的位置，从栈区-- > 静态区），这部分内存空间就是生命周期很长，长到整个程序运行结束；
再例如我们使用的常量字符串，会被保存到常量区，这部分内存区域的特点就是类似于“常量”，不可被修改，相当于添加了一个“const”的buff。

进入正题

思维导图：

⌛一、寻根问底

什么是动态内存分配 / 管理？

由程序员根据实际编程需要向操作系统申请，在堆区上开辟的，供程序员操作使用和维护的内存空间，程序员的游乐园！通常是一些临时用到的数据或者变量，随时开辟，用完随时释放，而不必等到函数结束后由操作系统回收！

为什么需要动态内存分配？

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。

怎么建立动态内存分配？

通过系统提供的4个库函数实现，malloc\calloc\realloc\free，这四个函数后面我们会详细介绍。

⌚二、动态内存函数

注意：以下说的四个函数的头文件均为：stdlib.h

malloc

C语言提供了一个动态内存开辟的函数：

void * malloc(size_t size);

size_t就是unsigned int（无符号整型）

这个函数的作用就是在动态存储区中分配一个长度为size个字节的连续空间，并返回指向该空间的指针。

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。

示例

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
int main()
{
    //向内存申请十个整形空间，返回空间的起始地址
    int* p = malloc(10 * sizeof(int));

    if (p == NULL)
    {
        //打印错误原因的一个方式
        printf("%s\n", strerror(errno));
    }
    else
    {
        //正常使用空间
        int i = 0;
        for (i = 0; i < 10; i++)
        {
            *(p + i) = i;
        }
        for (i = 0; i < 10; i++)
        {
            printf("%d ", *(p + i));
        }
    }
    return 0;
}

动态开辟的空间如何释放和回收呢？
C语言提供了一个专门完成这个功能的库函数-- - free

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。

函数原型：

void free(void* p)

free的作用就是释放指针变量p所指向的动态空间，使这部分空间能够重新被利用。

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。

看一下实际的使用：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
    //1.通过动态开辟申请10个int类型的空间
    int* ptr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));//通常结合sizeof一起使用
    //根据实际使用强制类型转换为想要的类型
    //2.malloc有可能申请空间失败，所以需要判断一下
    if (ptr == NULL)
    {
        perror("main");//perror是一个报错函数，实际出错时打印效果为：main:xxxxxx（错误原因）
        return 0;//出错就直接结束函数
    }
    //3.使用 给这10个整型空间赋值
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        *(ptr + i) = i;
    }
    //打印一下
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("%d ", ptr[i]);//这里可以直接使用数组下标的形式，和指针解引用是一样的
    }
    //4.释放
    free(ptr);
    ptr = NULL;//需要手动置为NULL，防止非法访问
    return 0;
}

注意： 用malloc申请的空间，里面的内容是随机值，如果不初始化的话，可能就会得到一些意想不到的值；

理解：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。

为什么要进行动态内存的释放和回收？

内存空间是有限的，如果我们每次在使用的时候只是一味的向申请空间，即使空间再大，也会被用完，而且如果使用的空间不释放会导致电脑越来越卡，程序运行越来越慢！

那释放之后为什么要手动将指针赋值为NULL（空指针）呢？

举一个生活中的例子吧，假设有一个男生跟他女朋友分手了，如果这个男生还一直保留这个女生的电话、微信，更有甚者，还有这个女生家里面的钥匙。如果你是这个女生的话，你希望他仍然保留这些信息和物品吗？你肯定是不想对吧，指不定哪一天他不高兴或者其它原因就来骚扰你。（所以才会有一句话叫做情侣分手千万不要藕断丝连，当然如果你是这个男生的话，你可能还想着以后和好如初，念念不忘，必有回响~haha）。
言归正传，编程中如果指针指向的空间已经被释放了，如果不将其置为NULL，那么其仍然保留这个地方的地址，之后仍然有可能访问到这片空间，这个生活就是非法访问了！

那有没有动态分配函数在申请空间的同时就进行初始化呢 ?

答案当然是有，接下来要结束的calloc就是这样的一个函数

calloc

calloc函数也用来动态内存分配，函数原型：

void * calloc(size_t num, size_t size);

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ma1loc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。

比如刚刚的上面的代码，如果我们将malloc换成calloc，不进行手动初始化：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
    //int*p = malloc(10*sizeof(int))
    int* ptr = (int*)calloc(10, sizeof(int));
    if (ptr == NULL)
    {
        perror("main");
        //perror是一个报错函数，实际出错时打印效果为：main:xxxxxx（错误原因）
    }
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("%d ", ptr[i]);
    }
    free(ptr);
    ptr = NULL;
    return 0;
}

在内存储存如下：

所以如何我们对申请的内存空间的内容要求初始化，那么可以很方便的使用calloc函数来完成任务。

光从上面这三个函数的介绍，我们可能并没有深刻体会到**“动态内存分配”的动态体现**在哪，接下来要介绍的函数才是动态内存分配的“灵魂”-- - realloc

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，那为了合理的使用内存，我们一定会对内存的大小做灵活的调整。那rea1lloc函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整

函数原型：void * realloc(void* ptr, size_t size);

1）ptr是要调整的内存地址.size是调整之后新大小

2）返回值为调整之后的内存起始位置

3）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。（这种移动的方式实际上就是复制拷贝，会将原内容复制拷贝到新内存中）

4）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
情况2︰原有空间之后没有足够大的空间

当是情况1的时候，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。

当是情况2的时候，原有空间之后没有足够多的空间时，扩展的方法是∶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。

由于上述的两种情况，realloc函数的使用就要注意一些。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
    int* ptr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));

    if (ptr == NULL)
    {
        perror("main");
        return 0;
    }
    //realloc使用的注意事项：
    //1. 如果p指向的空间之后有足够的内存空间可以追加，则直接追加，后返回p
    //2. 如果p指向的空间之后没有足够的内存空间可以追加，则realloc函数会重新找一个新的内存区域
    //   开辟一块满足需求的空间，并且把原来内存中的数据拷贝回来，释放旧的内存空间
    //   最后返回新开辟的内存空间地址
    //3. 得用一个新的变量来接受realloc函数的返回值
    //进行扩容操作
    int* p = (int*)realloc(ptr, 100 * sizeof(int));
    //注意：不能直接将扩容之后的地址给ptr，因为存在扩容失败的可能，会导致ptr地址丢失
    if (p == NULL)
    {
        printf("realloc failed!\n");
        return 0;
    }
    ptr = p;//返回新地址
    //业务处理
    free(p);
    p = NULL;
    return 0;
}