- 1、为什么要有动态内存分配
- 2、动态内存管理函数
- 2.1 malloc
- 2.2 free
- 2.3 calloc
- 2.4 realloc
- 3、常见的动态内存的错误
- 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 对同一块动态内存多次释放
- 3.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
1、为什么要有动态内存分配
我们已经掌握的开辟方式有两种：
int val = 10; // 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、动态内存管理函数
2.1 malloc
C语⾔提供了⼀个动态内存开辟的函数，原型如下：
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。
例如，当我们创建一个数组，需要在内存中申请一块连续的空间，为10个整型，40个字节，那应该这样写：
int main()
{
int arr[10] = { 0 };
return 0;
}
而当我们了解到malloc这个函数后，我们可以这样去使用它：
int main()
{
//int arr[10] = { 0 };
malloc(40);
return 0;
}
这样malloc也可以申请40个字节。malloc申请好后就返回其地址，然后被接收。
如果想将40个字节当作10个整型来访问，最好是一个整型一个整型的访问。
那么这里最好把他的返回地址放到一个整型指针内去，如下：
int main()
{
//int arr[10] = { 0 };
int* p = (int*)malloc(40);//malloc是void*类型，需要强制转换为int*类型
return 0;
}
这就是malloc开辟空间的方式。
malloc开辟空间可能成功也可能失败，因此malloc的返回值需要做检查，如何去实现呢？
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
//int arr[10] = { 0 };
int* p = (int*)malloc(40);//malloc是void*类型，需要强制转换为int*类型
if (p == NULL)//开辟失败
{
perror("malloc");//打印失败的原因
return 1;
}
//开辟成功
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d\n", *(p + 1));
}
return 0;
}
为什么是这个运行结果呢？
我们知道内存是分为三个区域的：
因此malloc开辟空间是在动态内存的堆区上开辟空间的，栈区中p指向的就是堆区中malloc开辟出某块空间的起始地址，如此通过指针p就能很好去访问这块空间。
而运行出的结果好像都是一些随机值，这是为什么呢？
因为malloc申请到空间后直接返回这块空间的起始地址，不会初始化空间的内容，因此访问的就是堆区中的一些随机值。
malloc只负责向内存申请空间，当程序退出时，还给操作系统；当程序不退出时，申请的动态内存是不会主动释放的。那应该怎么办呢？这里我们就来介绍一下另外一个函数free。
2.2 free
函数free，专⻔是⽤来做动态内存的释放和回收的。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。
依照上面那个代码，当我们使用malloc函数后，就需要用free函数来释放：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
//int arr[10] = { 0 };
int* p = (int*)malloc(40);
if (p == NULL)//开辟失败
{
perror("malloc");//打印失败的原因
return 1;
}
//开辟成功
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d\n", *(p + 1));
}
free(p);
return 0;
}
当我们使用free去把p指向的那块空间释放后，会出现一个问题。
p原本是指向一块空间的，使用完后这块空间被还给操作系统，但是p里面任然保留了那块空间的地址。也就是说p指向的那块空间没有了，p就变成了野指针，那么为了规避野指针，我们主动将p初始化为空指针。
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
//int arr[10] = { 0 };
int* p = (int*)malloc(40);
if (p == NULL)//开辟失败
{
perror("malloc");//打印失败的原因
return 1;
}
//开辟成功
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d\n", *(p + 1));
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
不能用free去释放一个非动态开辟的空间，比如说：
int a = 10;
int* ptr = &a;
free(ptr);//err
这种写法是错误的，free函数的行为是未定义的。
注：malloc和free都声明在 stdlib.h 头⽂件中。
2.3 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);
calloc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。
我们来举例使用一下：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
if (p == NULL)
{
perror("calloc");
return 1;
}
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", *(p + i));
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
我们可以看到打印结果全为0，引用calloc函数会以字节为单位，把每个字节都初始化为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。
2.4 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。
原型如下：
void* realloc (void* ptr, size_t size);
// ptr是要调整的内存地址
// size调整之后的新大小
// 他的返回值为调整之后的内存起始位置
他的功能是更改所指向的内存块的大小。
- 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
int main()
{
int* ptr = (int*)malloc(20);
if (ptr != NULL)
{
int* tmp = realloc(ptr, 40);
}
return 0;
}
情况1：
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，他会：1. 开辟新的空间；2. 将旧的空间中的数据拷贝到新的空间；3. 释放旧的空间；4. 返回新空间的起始地址。
我们来举例使用一下：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
int* p = (int*)malloc(40);
if (p == NULL)
{
printf("malloc");
return 1;
}
int i = 0;//初始化为1~10
for (i = 0; i < 10; i++)
{
p[i] = i + 1;
}
//增加一个空间
int* ptr = (int*)realloc(p, 80);
if (ptr != NULL)
{
p = ptr;
ptr = NULL;
}
else
{
perror("realloc");
return 1;
}
//释放数据
for (i = 0; i < 20; i++)
{
printf("%d\n", p[i]);
}
free(p);//释放
p = NULL;
return 0;
}
3、常见的动态内存的错误
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);
}
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);
}
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);//err
}
3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
int* p = (int*)malloc(40);
if (p == NULL)
{
printf("malloc");
return 1;
}
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++)
{
*p = i;
p++;
}
free(p);//释放
p = NULL;
return 0;
}
3.5 对同一块动态内存多次释放
int main()
{
int* p = (int*)malloc(40);
if (p == NULL)
{
printf("malloc");
return 1;
}
free(p);
free(p);
return 0;
}
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);
}
动态申请的内存空间，不会因为出了作用域自动销毁，只有两种方式销毁：
- 1.free
- 2.程序结束（退出）
忘记释放不再使⽤的动态开辟的空间会造成内存泄漏。
因此切记：动态开辟的空间⼀定要释放，并且正确释放。
