c语言-动态内存管理

一、为什么会有动态内存管理

1.我们一般的开辟空间方式：

int a = 0;//申请4个字节空间
int arr[10] = { 0 };//申请40个字节空间

2.这样开辟空间的特点

（1）申请的空间大小是固定的
（2）像数组那样一开始就要确定大小，一旦确定大小就不能改变了

3.动态内存

对于程序来说上述的内存申请是不能满足 因此为了能够对内存进行调整，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。

二、申请内存函数

以下动态申请的内存都是向堆区申请的，
并且都申请内存的函数和释放函数都包含在头文件 ：#include<stdlib.h>

1、malloc

（1）返回类型和参数：

void* malloc(size_t size);//返回类型为 void*  ，参数为正整数单位是字节

因为返回类型为 void*，所以在malloc函数是不知道我们想要申请什么类型的空间，面对这种情况我们要将返回的类型进行强制类型转换，这样就能返回我们需要的类型了，参数是申请的大小

（2）作用：

向内存申请一块连续的空间，并返回指向这块空间的的指针

（3）注意：

a.在申请完之后我们还要判断是否成功申请
当申请失败时会返回NULL
当申请成功后就返回指向这块空间的的指针，这样可以正常使用这块空间了
b.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

（4）使用：

int main() {
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);//向内存申请40个字节空间
	if (p == NULL)//判断是否申请成功
		return 1;//失败直接放回
	for (int i = 0; i < 10; i++)//成功就正常使用
		*(p + i) = i;
	for (int i = 0; i < 10; i++)//打印
		printf("%d ", *(p + i));
	return 0;
}

运行结果：

2、free

（1）返回类型和参数：

void free( void* p)//参数为向动态内存申请的空间的指针，返回类型为空

（2）作用：

专门进行对动态内存的释放和回收

（3）注意：

a.当释放的内存不是动态开辟的，这是free未定义的
b.当p是NULL时，free函数什么事都不发生
c.当我们将p指向的空间释放后，要将p置空，不然p就成野指针了

（4）使用

在我们上一个代码中，并未对malloc函数开辟的空间进行释放，其实这是不对的，这会造成内存泄漏。 那么我们就来用一下free函数吧

int main() {
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);//向内存申请40个字节空间
	if (p == NULL)//判断是否申请成功
		return 1;//失败直接放回
	for (int i = 0; i < 10; i++)//成功就正常使用
		*(p + i) = i;
	for (int i = 0; i < 10; i++)//打印
		printf("%d ", *(p + i));
	free(p);//释放
	p = NULL;//及时置空，防止出现野指针
	return 0;
}

这样代码才算完整。

3、calloc

（1）返回类型和参数：

void *calloc(size_t n,size_t  size);

返回类型为 void* ，所以和malloc一样想要什么类型的空间就进行强制转换类型即可，第一个参数为申请的个数，第二个参数为申请的类型的空间大小（单位为字节）

（2）作用：

申请一块连续的空间，并将空间的内容全部初始化为0，然后返回指向这块空间的指针

(3)注意：

a.在申请完之后我们还要判断是否成功申请
当申请失败时会返回NULL
当申请成功后就返回指向这块空间的的指针，这样可以正常使用这块空间了
b.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.与malloc的区别就是calloc会将申请的空间初始化，这样使用时更方便

（4）使用：

int main() {
	int* p = (int*)calloc(10,sizeof(int));//申请
	if (p == NULL) {//判断
		printf("NULL");
		return 1;
	}
	//使用
	for (int i = 0; i < 10; i++)
		*(p + i) = i;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
		printf("%d ", *(p + i));
	free(p);//同样的释放空间
	p = NULL;//置空
	return 0;
}

运行结果：

4、realloc

（1）返回类型和参数：

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

返回类型为 void* 所以和calloc一样想要什么类型就强制类型转换，第一个参数p为指向想要的改变的空间的 指针，第二参数为改变的大小（单位为字节）

（2）作用：

在原来的动态内存的空间上增大或者缩小，并返回改变后指向新的空间的指针

（3）注意：

a.开辟失败返回空指针
b.开辟的新的空间时有两种开辟的方式，第一种是我们原本的空间后面有足够的空间，那样直接在原来的空间后面扩容，第二种是我们原本的空间后面没有足够的空间，那样的话，系统就会在内存上找一块适合的空间重新开辟，并将原来空间的内容复杂过去，再将原来的空间销毁。
由于开辟的情况有两种，所以我们使用时要注意开辟空间失败这种情况
如：我们使用了第二种情况开辟空间、并直接用原来的指针去接收指向开辟的空间的指针，如果开辟失败的话返回NULL，这导致原来的数据会丢失。
所以为了解决这个隐患，我们可以重新定义一个指针来接收，判断不为空再将该指针赋给原来的指针。

图：

（4）使用：

int main() {
	//先用动态内存开辟一个空间
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (p == NULL)
		return 1;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
		*(p + i) = i;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
		printf("%d ", *(p + i));
	printf("\n");
	//使用realloc增加空间
	int* pp = (int*)realloc(p, sizeof(int) * 15);//再申请一个指针变量来接收
	if (pp == NULL)
		return 1;
	else
		p = pp;//不为空再赋给原来的指针
	for (int i = 10; i < 15; i++)
		*(p + i) = i;
	for (int i = 10; i < 15; i++)
		printf("%d ", *(p + i));
	free(p);//最后不要忘记了释放并置空
	p = NULL;
	return 0;
}

运行结果：

三、常见的动态内存的错误

1、对NULL指针的解引用操作

void test()
 {
 int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);//开辟空间
 //这里我们不知道是否开辟成功
 *p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
 free(p);
 p=NULL;
 }

这里的问题是不知道p为不为NULL
改：

void test()
 {
 int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);//开辟空间
 if(p!=NULL)
 *p = 20;
 free(p);
 p=NULL;
 }

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);
 p=NULL;
 }

改：

void test()
 {
 int i = 0;
 int *p = (int *)malloc(10*sizeof(int));
 if(NULL == p)
 {
 exit(EXIT_FAILURE);
 }
 for(i=0; i<10; i++)//当我们改成<10之后i就不会到10，也就不会越界了
 {
 *(p+i) = i;
 }
 free(p);
 p=NULL;
 }

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?
 }

这种行为在free函数中未定义，最好不要使用
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
 }

这种行为会导致内存泄漏
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
 }

当出现这种情况程序会崩掉
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);
 }

这种未对申请的空间释放，会导致内存泄漏

四、练习

1、请问运行Test 函数会有什么样的结果？

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

运行结果：

什么都没有输出，这是为什么呢？
这是因为调用GetMemory函数时使用的是传值调用，p虽然申请到了空间，但是并没有改变str的值，所以str=NULL，所以什么内容都没有打印，
改;我们可以将传值调用改为传址调用
如：

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

	return 0;
}

运行结果：

成功打印
2、请问运行Test 函数会有什么样的结果？

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

运行结果：

出现了随机值，这是为什么呢?
因为p是在栈区创建，当函数结束后该p指向的空间也会销毁然后返还给内存，此时将p传给str之后，str就会变成野指针，它指向的空间打印出来的就是随机值了
改：我们可以用动态内存
如：

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

	return 0;
}

运行结果：

3、请问运行Test 函数会有什么样的结果？

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

运行结果：

输出正确。但是这里的问题时没有释放动态内存
改：

void GetMemory(char** p, int num)
{
	*p = (char*)malloc(num);
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(&str, 100);
	strcpy(str, "hello");
	printf(str);
	free(str);
	str = NULL;
}
int main() {
	Test();
	return 0;
}

4、请问运行Test 函数会有什么样的结果？

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

运行结果：

虽然结果正确，但是其实是有问题的
1.因为str存储的地址不会改变，应该手动置空，但是它释放空间后没有置空
2.使用释放的空间（这块空间已经还给系统了）
3.为什么还能打印world呢？那是因为该块空间没有被覆盖，world还在那里
我们可以试试再他前面再申请一次动态内存看看

void Test(void)
{
	char* str = (char*)malloc(100);
	strcpy(str, "hello");
	free(str);
	if (str != NULL)
	{
		strcpy(str, "world");
		char* str1 = (char*)malloc(100);
		printf(str);
	}
}
int main() {
	Test();
	return 0;
}

运行结果：

world被覆盖了，就打印不出了
改：我们可以释放后置空，就不会出现这种情况了

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

以上就是我的分享了，如果有什么错误，欢迎在评论区留言。
最后，谢谢大家的观看！