1. 为什么要有动态内存分配
2. malloc和free
3. calloc和realloc
4. 常⻅的动态内存的错误
5. 动态内存经典笔试题分析
6. 柔性数组
7. 总结C/C++中程序内存区域划分
正文开始:
1.
为什么要有动态内存分配
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:
•
空间开辟⼤⼩是固定的。
•
数组在申明的时候,必须指定数组的⻓度,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。
2.
malloc
和
free
2.1
malloc
C语⾔提供了⼀个动态内存开辟的函数:
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。
2.2 free
C语⾔提供了另外⼀个函数free,专⻔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和free都声明在
stdlib.h
头⽂件中。
举个例⼦:
1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3
4 int main()
5 {
6 int num = 0;
7 scanf("%d", &num);
8 int arr[num] = {0};
9 int* ptr = NULL;
10 ptr = (int*)malloc(num*sizeof(int));
if(NULL != ptr)//判断ptr指针是否为空
{
int i = 0;
for(i=0; i<num; i++)
{
*(ptr+i) = 0;
}
}
free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存
ptr = NULL;//是否有必要?
return 0;
}
3.
calloc
和
realloc
3.1
calloc
C语⾔还提供了⼀个函数叫
calloc
,
calloc
函数也⽤来动态内存分配。原型如下:
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:
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。
3.2
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;
}
4.
常⻅的动态内存的错误
4
.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);
}
4
.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);
}
4.3
对⾮动态开辟内存使⽤free释放
void test()
{
int a = 10;
int *p = &a;
free(p);//ok?
}
4.4
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}
4.5
对同⼀块动态内存多次释放
1 void test()
2 {
3 int *p = (int *)malloc(100);
4 free(p);
5 free(p);//重复释放
6 }
4.6
动态开辟内存忘记释放(内存泄漏)
1 void test()
2 {
3 int *p = (int *)malloc(100);
4 if(NULL != p)
5 {
6 *p = 20;
7 }
8 }
9
10 int main()
11 {
12 test();
13 while(1);
14 }
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。
5.
动态内存经典笔试题分析
5.1
题⽬1:
1 void GetMemory(char *p)
2 {
3 p = (char *)malloc(100);
4 }
5 void Test(void)
6 {
7 char *str = NULL;
8 GetMemory(str);
9 strcpy(str, "hello world");
10 printf(str);
11 }
5.2
题⽬2:
1 char *GetMemory(void)
2 {
3 char p[] = "hello world";
4 return p;
5 }
6 void Test(void)
7 {
8 char *str = NULL;
9 str = GetMemory();
10 printf(str);
11 }
5.3
题⽬3:
void GetMemory(char **p, int num)
{
*p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(&str, 100);
strcpy(str, "hello");
printf(str);
}
5.4
题⽬4:
1 void Test(void)
2 {
3 char *str = (char *) malloc(100);
4 strcpy(str, "hello");
5 free(str);
6 if(str != NULL)
7 {
8 strcpy(str, "world");
9 printf(str);
10 }
11 }
6.
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:
typedef struct st_type
{
int i;
int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
有些编译器会报错⽆法编译可以改成:
1 typedef struct st_type
2 {
3 int i;
4 int a[];//柔性数组成员
5 }type_a;
6.1
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:
typedef struct st_type
{
int i;
int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(type_a));//输出的是4
return 0;
}
6.2 柔性数组的使⽤
//代码1
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{int i = 0;
type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int));
//业务处理
p->i = 100;
for(i=0; i<100; i++)
{
p->a[i] = i;
}
free(p);
return 0;
}
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。
6.3
柔性数组的优势
上述的
type_a
结构也可以设计为下⾯的结构,也能完成同样的效果。
//代码2
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef struct st_type
{
int i;
int *p_a;
}type_a;
int main()
{
type_a *p = (type_a *)malloc(sizeof(type_a));
p->i = 100;
p->p_a = (int *)malloc(p->i*sizeof(int));
//业务处理
for(i=0; i<100; i++)
{
p->p_a[i] = i;
}
//释放空间
free(p->p_a);
p->p_a = NULL;
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
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⼾。⽤⼾调⽤free可以释放结构体,但是⽤⼾并不知道这个结构体内的成员也需要free,所以你不能指望⽤⼾来发现这个事。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,并返回给⽤⼾⼀个结构体指针,⽤⼾做⼀次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)
7.
总结C/C++中程序内存区域划分
C/C++程序内存分配的⼏个区域:
1.
栈区(stack):在执⾏函数时,函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建,函数执⾏结束时这些存储单元⾃动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中,效率很⾼,但是分配的内
存容量有限。 栈区主要存放运⾏函数⽽分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。
2.
堆区(heap):⼀般由程序员分配释放, 若程序员不释放,程序结束时可能由OS回收 。分配⽅式类似于链表。
3.
数据段(静态区)(static)存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。
4.
代码段:存放函数体(类成员函数和全局函数)的⼆进制代码。
学习学习再学习!