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1、前言：为什么要有动态内存分布

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:

• 空间开辟大小是固定的。
• 数组在申明的时候，必须指定数组的长度，数组空间一旦确定了大小不能调整。

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C语言引入了动态内存开辟，让程序员自己可以申请和释放空间，就比较灵活了。

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2、三种动态内存的创建方式及其释放

2.1 malloc

void* malloc (size_t size);

这个函数向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。

• 如果开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针。
• 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。一般是会输出一个空指针。相关文章链接链接: link

2.2 calloc

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，并且把空间的每个字节初始化为0。
• 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

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
    int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
    if (NULL != p) {
        int i = 0;
        for (i = 0; i < 10; i++) {
            printf("%d ", *(p + i));
        }
    }
    free(p);
    p = NULL;
    return 0;
}

输出结果

• 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

所以如果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。

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2.3 ralloc

• 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，那为了合理的时候内存，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。

函数原型如下：

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

• 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:

• 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

情况1
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。

情况2
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(100);
    if (ptr != NULL) {
//业务处理
    } else {
        return 1;
    }
//扩展容量
//代码1 - 直接将realloc的返回值放到ptr中
    ptr = (int*)realloc(ptr,
                        1000);//这样可以吗？(如果申请失败会如何？)
//代码2 - 先将realloc函数的返回值放在p中，不为NULL，在放ptr中
    int* p = NULL;
    p = realloc(ptr, 1000);
    if (p != NULL) {
        ptr = p;
    }
//业务处理
    free(ptr);
    return 0;
}

在我们一般的编写过程中是不建议使用代码1的，因为，可能存在上述的情况2，如果剩余内存空间不足了，可能会开辟失败，然后返回一个空指针，这样一来会导致之前地址的值都没了，所以建议是先创建一个新的指针，确保无误后在将这个地址转移。

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2.4 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，函数原型如下

void free (void* ptr);

free函数用来释放动态开辟的内存。

• 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，则函数什么事都不做。

malloc、calloc、ralloc 和 free 都声明在 stdlib.h 头文件中。

释放动态内存这一举措是很有必要的，因为电脑存储分栈、堆和静态区，而每个区地内存大小是有上限的，而动态开辟的空间的又是储存在堆里，所以如果一直在开辟空间而不释放最终会导致内存泄露，整个堆就会爆满，最终导致程序奔溃。

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3、常⻅的动态内存的错误

3.1 对NULL指针的解引用操作

void test() {
    int* p = (int*)malloc(INT_MAX / 4);
    *p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
    free(p);
}

这种情况下需要对新开辟的内存空间判断是否为空指针。

3.2 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) {
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    for (i = 0; i <= 10; i++) {
        *(p + i) = i; //当i是10的时候越界访问
    }
    free(p);
}

动态内存的开辟可以近似认为是数组，所以它不能够越界访问，一旦越界就会报错

3.3 对非动态开辟内存使用free释放

void test() {
    int a = 10;
    int* p = &a;
    free(p);//ok?
}

free的使用对象仅限于动态内存对象，是不能所有内存空间都去释放的
如果释放了非动态内存空间，最终会导致整个编译器卡死，甚至无法调试

3.4 使⽤free释放⼀块动态开辟内存的⼀部分

void test() {
    int* p = (int*)malloc(100);
    p++;
    free(p);//p不再指向动态内存的起始位置
}

不说了，直接卡死

3.5 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
}

不行，直接卡死，但是如果在第二次free前将p定义为空指针就不会出错。

3.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

void test() {
    int* p = (int*)malloc(100);
    if (NULL != p) {
        *p = 20;
    }
}
int main() {
    test();
    while (1);
}

一开始不会有什么问题，但是时间一长，当堆全部使用完后，就会导致程序奔溃，无法继续运行

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4、小结

动态内存的开辟为程序员的代码编写增添了很大一片发挥空间，但是，这里面需要注意的不仅仅是动态内存的释放等常见问题，还有一些细小的问题需要不断注意，不然极有可能会发生内存泄漏等很难发现的细小问题，一旦代码过于庞大，调查起来就会十分的繁琐、困难，需要加以注意