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前言

C语言动态内存管理malloc、calloc、realloc、free函数、内存泄漏、动态内存开辟的位置等的介绍

一、为什么存在动态内存管理

int a = 0;
int arr[5] = {0};

• 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. 数组在声明的时候，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，上述的编译时开辟空间的方式就不能满足了。
   这时候就只能用动态内存开辟了。

二、动态内存函数的介绍

1. malloc函数

• malloc 函数需要引入头文件 <stdlib.h>
  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了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。
• size 指的是 size 个 字节 的大小的空间
• 如果参数 size 为 0， malloc 的行为是标准未定义的，取决于编译器。

1. 动态开辟40个字节大小的空间

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	
	int* p = (int*)malloc(40); // malloc 开辟 40 个字节大小的内存空间

	// 检验如果 动态内存开辟失败，打印错误信息，终止程序
	if (NULL == p)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}

	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}

	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i)); // 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
	}

	return 0;
}

2. 需要开辟的内存空间过大返回空指针
   INT_MAX 是定义的一个 21亿多的一个数字

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main()
{
	int arr[10] = { 0 };

	int* p = (int*)malloc(INT_MAX * 2); // malloc 开辟 INT_MAX * 2 个字节大小的内存空间

	// 检验如果 动态内存开辟失败，打印错误信息，终止程序
	if (NULL == p)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}

	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}

	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i)); // Not enough space
	}

	return 0;
}

2. 内存泄漏

1. 如果一个程序在向内存申请空间后，没有释放申请的空间，则在程序结束的时候，系统会自动回收内存空间
2. 如果一个程序在向内存申请空间后，没有释放申请的空间， 并且程序在持续运行，短时间不结束，此时就存在内存泄漏。

3. 动态内存开辟位置

• 动态内存开辟在堆区。
• 局部变量等开辟在栈区。
  

4. free函数

C语言提供了一个函数free，专门是用来做动态内存的释放和回收的

void free (void* ptr);

free 函数是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 函数都声明在 <stdlib.h>头文件中。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	
	int* p = (int*)malloc(40); // malloc 开辟 40 个字节大小的内存空间

	// 检验如果 动态内存开辟失败，打印错误信息，终止程序
	if (NULL == p)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}

	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}

	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i)); // 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
	}

	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

• free （p） 就会 将申请40个字节的动态内存空间 释放掉。
• 但是 p 依然存放着 之前接收的动态内存的地址，会变成野指针。
• 所以 在 释放完p 的空间后 将p 重置为 NULL指针。

5. calloc 函数

C语言还提供另外一个叫 calloc，calloc，函数也用来动态内存分配。

void* calloc(size_t num, size_t size);

• 函数功能是为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。
• 需要初始化时，用 calloc， 不需要初始化 用 malloc。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int)); // 开辟 10 个 int类型大小 的空间
	if (NULL == p)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}

	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		// 自动初始化为全 0
		printf("%d ", *(p + i)); // 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
	}

	free(p);
	p = NULL;


	return 0;
}

6. realloc 函数

• realloc 函数的出现让动态内存管理更加灵活
• realloc函数可以做到对动态开辟内存大小的调整

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在调整内存空间的时候存在两种情况:
  • 1： 原有空间之后有足够大的空间。
  • 2： 原有空间之后的空间不够或被占用。

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40); // 开辟 10 个 int类型大小 的空间
	if (NULL == p)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	int i = 0;

	// 使用
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i + 1;
	}

	// 扩容
	int* str = (int*)realloc(p, 80);
	if (str != NULL)
	{
		p = str;
	}

	// 使用
	for (i = 10; i < 20; i++)
	{
		*(p + i) = i + 1;
	}

	for (i = 0; i < 20; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i)); 
		// 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
	}

	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

7. realloc 传空指针

• realloc传空指针 和 malloc是等价的。

#include <stdio.h>
int main()
{
	int* p = realloc(NULL, 40);

	// 此时 realloc 和 malloc(40)是等价的

	return 0;
}

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总结

C语言动态内存管理malloc、calloc、realloc、free函数、内存泄漏、动态内存开辟的位置等的介绍