动态内存管理(c语言)相关知识点整理(加上个人理解),新手预习必备

2021/9/24 7:12:28

本文主要是介绍动态内存管理(c语言)相关知识点整理(加上个人理解),新手预习必备,对大家解决编程问题具有一定的参考价值,需要的程序猿们随着小编来一起学习吧!

这里写目录标题

  • 为什么存在动态内存分配
  • 动态内存函数的介绍
    • malloc和free
    • calloc
    • realloc
  • 常见的动态内存错误
  • 几个经典的笔试题
  • 柔性数组

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 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:

  1. 空间开辟大小是固定的。
  2. 数组在申明的时候,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。
这时候就只能试试动态存开辟了。

动态内存函数的介绍

malloc和free

C语言提供了一个动态内存开辟的函数:
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。
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和free都声明在 stdlib.h 头文件中。
举个栗子:

#include <stdio.h>
int main()
{
 //代码1
 int num = 0;
 scanf("%d", &num);
 int arr[num] = {0};
 //代码2
 int* ptr = NULL;
 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;
}

ptr = NULL;//是否有必要?
我们只是将ptr指向的内存还给操作系统了,操作系统以后还可以再这里进行操作
如果我们另外定义了一个指针指向这里,
这个指针可以修改这里空间,操作系统给别的指针分配的这里的空间,都可以对这里进行修改,那么~~~

calloc

原型:

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)
 {
 //使用空间
 }
 free(p);
 p = NULL;
 return 0;
}

在这里插入图片描述

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
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:原有空间之后没有足够大的空间
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。
举个例子:

#include <stdio.h>
int main()
{
 int *ptr = (int*)malloc(100);
 if(ptr != NULL)
 {
     //业务处理
 }
 else
     exit(EXIT_FAILURE);    
 //扩展容量
 //代码1
 ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//这样可以吗?(如果申请失败会如何?)
 
 //代码2
 int*p = NULL;
 p = realloc(ptr, 1000);
 if(p != NULL)
 {
 ptr = p;
 }
 //业务处理
 free(ptr);
 return 0;
}

常见的动态内存错误

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);
}

所以我们一般情况下要对p进行判NULL

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);
}

解决方法:我们再申请内存的时候,我们就用sizeof(类型)*个数 来确定申请内存的大小

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?
}

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
}

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
}

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);
}

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 。

如果我们没有free会怎样?
(1)对于我们平常写的代码,基本都是这个程序执行完后,就会结束这个程序,此时系统会自动释放这个内存空间
(2)但是有些程序是一直会运行下去的(大型游戏,数据处理…)
此时我们的可以在:任务管理器->详细信息->性能 中观察到我们的内存一直在变大,直到把内存全部申请完,此时我们重新启动电脑,电脑此时没有任何问题,但是运行内存还是会一直变大
题外话:电脑有一种保护机制,当我们一直在申请无用内存的时候,我们的电脑会终止这个申请过程,防止内存被耗干,但是不同电脑不同性能,不同的操作系统也是会对此又不同的处理方式,这只是一种方式
虽然电脑有保护机制,但是我们还是要养成良好的习惯

几个经典的笔试题

void GetMemory(char *p)
{
 p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
 char *str = NULL;
 GetMemory(str);
 strcpy(str, "hello world");
 printf(str);
}

显然没有释放内存
这个申请是在函数中申请的,我们以后是没有办法在主函数里面进行释放的

char *GetMemory(void)
{
 char p[] = "hello world";
 return p;
}
void Test(void)
{
 char *str = NULL;
 str = GetMemory();
 printf(str);
}

返回的指针p虽然可以指向这个hello word 但是内容已经被释放了,有啥用?

void GetMemory(char **p, int num)
{
 *p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{
 char *str = NULL;
 GetMemory(&str, 100);
 strcpy(str, "hello");
 printf(str);
}

空间在函数中申请

void Test(void)
{
 char *str = (char *) malloc(100);
 strcpy(str, "hello");
 free(str);
 if(str != NULL)
 {
 strcpy(str, "world");
 printf(str);
 }
}

没有释放内存

柔性数组

https://blog.csdn.net/sakeww/article/details/106002074



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