C语言——动态内存管理 malloc、calloc、realloc、free的使用

一、为什么存在动态内存分配

二、动态内存函数的介绍

2.1malloc和free

2.2calloc

2.3realloc

三、常见的动态内存错误

3.1对NULL指针的解引用操作

3.2对动态开辟空间的越界访问

3.3对非动态开辟的内存使用free释放

3.4使用free释放一块动态开辟内存的一部分

3.5对同一块内存多次释放

3.6动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

四、几个经典的题

一、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 a = 10;//在栈空间开辟四个字节

char arr[10] = {10};//在栈空间开辟10个字节的连续空间

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.数组在申请的时候，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，如此数组的编译时开辟空间的方式就不能满足了。这个时候可以使用动态开辟了。

二、动态内存函数的介绍

2.1malloc和free

//这个函数内存申请一块连续可用的空间，并返回指向这块空间的指针

void* malloc(size_t size);

如果开辟成功，则返回一个指向开辟好的空间的指针
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
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。
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

//C语言提供了另外一个函数free，专门就用来做动态内存的释放和回收的

//free函数用来释放动态开辟的内存

void free(void* ptr);

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

如果参数ptr是NULL指针，则函数声明事都不做。

int main()
{
	//申请
	int* str = (int*)malloc(sizeof(int) * 5);
	if (str == NULL)
	{
		printf("malloc %s", strerror(errno));
		exit(-1);
	}
	//使用
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
		*(str +i) = i + 1;
	}
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
		printf("%d ", *(str +i));
	}
	//释放
	free(str);
	str = NULL;

	return 0;
}

2.2calloc

void* calloc(size_t num, size_t size);

函数的功能是为num个大小为size的元素开辟一块空间，并且把空间的每一个字节初始化为0；

与函数malloc的区别在于calloc会在返回地址之前把申请的空间的每一个字节初始化为全0

int main()
{
	//创建了一块大小为10个大小为int类型的空间,默认初始化成0
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		printf("calloc:%s", strerror(errno));
		exit(-1);
	}
	
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *(p+i));
	}
	//释放
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

2.3realloc

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

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活

有时我们会发现过去申请的空间太小，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realloc函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整。

ptr是要调整的内存地址；
size调整之后新大小；
返回值为调整之后的内存起始位置；
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在调整内存空间的是存在两种情况：

1.原有空间之后有足够大的空间：要扩展内存就直接在原有内存之后直接追加空间，原来空间的数据不会发生变化。

2.原有空间之后没有足够的空间：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。

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 5);
	if (p == NULL)
	{
		printf("malloc:%s\n", strerror(errno));
		exit(-1);
	}
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
		*(p + i) = i + 1;
	}
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
		printf("%d ", *(p+i));
	}
	int* ptr = (int*)realloc(p, sizeof(int) * 10);
	if (ptr == NULL)
	{
		printf("realloc:%s\n", strerror(errno));
		exit(-1);
	}
	else
	{
		p = ptr;
		for (int i = 5; i < 10; i++)
		{
			p[i] = i + 1;
		}
		for (int i = 0; i < 10; i++)
		{
			printf("%d ", p[i]);
		}
	}
	//释放
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}