当前位置： 首页 > article >正文

【C语言】动态内存分配malloc，realloc等函数使用和常见错误

article 2025/1/24 22:31:40

本章重点:
介绍malloc ，calloc ， realloc 等动态内存分配函数的使用方法与常见的动态内存错误，与讲解几道动态内存分配的笔试题

文章目录

  • 1. 为什么存在动态内存分配
  • 2. 动态内存函数
    • malloc 和 free
    • calloc
    • realloc
  • 3. 常见的动态内存错误
    • 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）
  • 4. 经典的笔试题
    • 题目1：
    • 题目2
    • 题目3
    • 题目4：

1. 为什么存在动态内存分配

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

以上的内存开辟空间都是在栈上开辟的，而栈区的空间有以下几个特点：

  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。
  3. 栈区由编译器自动分配释放，由操作系统自动管理，无须手动管理。
  4. 栈区上的内容只在函数范围内存在，当函数运行结束，这些内容也会自动被销毁。
  5. 栈区上的地址是由高到底的

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。这时候就存在动态内存开辟了。

补充：

  1. 动态内存分配的空间是在堆区上开辟的
  2. 栈区上放的是局部变量和函数的形式参数等
  3. 静态区上放的是全局变量与静态变量（static）
    在这里插入图片描述

2. 动态内存函数

malloc 和 free

malloc和free是成双成对出现的
malloc和free都声明在 stdlib.h 头文件中。

C语言提供了一个动态内存开辟的函数

void* malloc (size_t size);（size_t无符号整形）

malloc 使用方法与注意事项:

  • malloc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。
  • 如果没有free回收空间，系统会到最后自动回收，但是中间如果有大量程序要执行，这一块空间就一直占用着，（千万不要这样处理）不释放会产生内存碎片，小型程序可以不关注，但是在中大型程序上影响极其深刻

注意：申请的空间刚开始都放的是随机值，如果要参与运算，都要给一个初始值，否则运算的结果肯定是随机值

free函数用来释放动态开辟的内存。

void free (void* ptr);

free使用方法与注意事项:

  • 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。
  • 每次动态内存开辟后，都要记得释放该开辟的内存
  • 释放空间后该指针还是指向原来的地址，为防止后面使用这个危险指针，应该释放完后赋个NULL
  • 使用案例
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>

int main()
{
	//向内存申请10个整形的空间
	int* p = (int*)malloc(40);
	//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。
	if (p == NULL)
	{
		//查询那里错误
		printf("%s\n", strerror(errno));
	}
	//如果开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针
	else
	{
		//正常使用空间
		int i = 0;
		for (i = 0; i < 10; i++)
		{
			*(p + i) = i;
		}
		for (i = 0; i < 10; i++)
		{
			printf("%d\n", *(p + i));
		}
	}
	//当动态申请的空间不再使用的时候
	//就应该还给操作系统
	free(p);
	p = NULL;
	//释放空间后p还是指向原来的地址，为防止后面使用这个危险指针，使用赋个NULL
	system("pause");
	return 0;
}

最终输出结果:
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

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。

void* calloc (size_t num, size_t size);

函数的功能与malloc相似

  • 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。
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>

int main()
{
	//calloc 全部初始化为0
	int* p = (int*)calloc(5, sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		查询那里错误
		printf("%s\n", strerror(errno));
	}
	else
	{
		//正常使用
	    int i = 0;
		for (i = 0; i < 5; i++)
		{
		printf("%d\n", *(p + i));
		}
	}
	当动态申请的空间不再使用的时候
	就应该还给操作系统
	free(p);
	p = NULL;//释放空间后p还是指向原来的地址，为防止后面使用这个危险指针，使用赋个NULL
	system("pause");
	return 0;
}

最终输出结果：
0
0
0
0
0

所以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。

calloc 和 malloc 的对比:

  1. 参数不一样
  2. 都是在堆区上申请内存空间，但是malloc不初始化，calloc会初始化为0
  3. 如果要初始化，就使用calloc不需要初始化，就可以使用malloc

realloc

函数原型如下：

  1. realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。
  2. 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。

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

函数使用方法与注意事项:

  • 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

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。

在这里插入图片描述
由于上述的两种情况，realloc函数的使用就要注意一些

  • 使用案例
    注：使用realooc时，得用一个新的指针来接收返回值，如果使用 要调整内存的指针，会出现一些问题，realloc开辟失败会返回NULL, 如果开辟失败了会直接把NULL赋给了 要调整内存的指针，所以每次使用时应该使用新的指针来接收，判断不为NULL时，在赋给 要调整内存的指针。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
int main()
{
    int* p = (int*)malloc(20);
    if (p == NULL)
    {
        printf("%s\n", strerror(errno));
    }
    else
    {
        int i = 0;
        for (i = 0; i < 5; i++)
        {
            *(p + i) = i;
        }
        printf("malloc的内存数据：");
        for (i = 0; i < 5; i++)
        {
            printf("%d ", *(p + i));
        }
    }
    printf("\n");
    //就是在使用malloc开辟的20个字节空间
            //假设这里，20个自字节不能满足我们的使用了
    //希望我们能够有40个字节的空间
    //这里就可以使用realloc来调整动态开辟的内存

    realloc使用的注意事项:
    //1.如果p指向的空间之后有足够的内存空间可以追加，则直接追加，后返回p
    //2.如果p指向的空间之后没有足够的内存空间可以追加
    //    则realloc函数会重新找一个新的内存区域二开辟一块满足需求的空间，
    //    并且把原来内存中的数据拷贝回来，释放旧的内存空间最后返回新开辟的内存空间地址
    //3，得用一个新的变量来接受realloc函数的返回值

    int* ptr = (int * )realloc(p, 40); //用一个新的变量来接受realloc函数的返回值
    if (ptr == NULL)
    {
        //查询那里错误
        printf("%s\n", strerror(errno));
    }
    else
    {
        p = ptr;//如果不是NULL 就要用一开始的p来运算
        int i = 0;
        for (i = 5; i < 10; i++)
        {
            *(p + i) = i;
        }
        printf("realloc的内存数据：");

        for (i = 5; i < 10; i++)
        {
            printf("%d ", *(p + i));
        }
        printf("\n");
    }
    //当动态申请的空间不再使用的时候
    //就应该还给操作系统
    free(p);
    p = NULL;
    //释放空间后p还是指向原来的地址，为防止后面使用这个危险指针，使用赋个NULL
    system("pause");
    return 0;
}

最终输出结果:
malloc的内存数据：0 1 2 3 4
realloc的内存数据：5 6 7 8 9

3. 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);
}

正确的写法：
malloc开辟空间后，应当判断是否为空指针

void test()
{
	int* p = (int*)malloc(INT_MAX / 4);
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
	}
	else
	{
		*p = 20;
	}
	free(p);
	p == 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)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
	}
	for (i = 0; i <= 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;//当i是10的时候越界访问
	}
	free(p);
	p = NULL；
}

3.3: 对非动态开辟内存使用free释放

free的前提必须是动态内存开辟出来的

void test()
{
 int a = 10;
 int *p = &a;
 free(p);
}

3.4:使用free释放一块动态开辟内存的一部分

free 释放的动态内存，必须是申请动态内存空间的起始位置。

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 。如果遇到中大型的工程忘记释放，后果非常严重。

4. 经典的笔试题

题目1：

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;
}

请问运行Test 函数会有什么样的结果？

  1. 调用GetMemory函数的时候，str的传参为值传递，p是str的临时拷贝，所以在GetMemory函数内部讲动态开辟空间的地址存放在p中的时候，不会影响str.所以GetMemory函数返回之后，str中依然是NULL指针。strcpy函数就会调用失败，原因是对NULL的解引用操作，程序会崩溃。
  2. GetMemory函数内容malloc申请的空间没有机会释放，造成了内存泄漏。

题目2

char* GetMemory(void)
{
	char p[] = "hello world";
	return p;
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	str = GetMemory();
	printf(str);
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

请问运行Test 函数会有什么样的结果？

返回栈空间地址的问题
GetMemory函数内部创建的数组是在栈上开辟的，栈上开辟的空间生命周期出了函数就会销毁，虽然返回了数组的起始地址给了str，但是数组的内存出了GetMemory函数就被回收了，而str依然保存了数组的起始地址，这时如果使用str，str就是野指针。

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);
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

请问运行Test 函数会有什么样的结果？

该代码能正常运行，但是忘记释放了malloc开辟出来的空间，造成了内存泄漏。

题目4：

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

请问运行Test 函数会有什么样的结果

非法访问，str已经提前给释放了，在次使用就会造成非法访问。
每次释放完内存后，都应该把指针置位NULL


http://www.kler.cn/a/3362.html

相关文章：

  • 大华相机DH-IPC-HFW3237M支持的ONVIF协议
  • centos7执行yum操作时报错Could not retrieve mirrorlist http://mirrorlist.centos.org解决
  • 探索WPF中的RelativeSource：灵活的资源绑定利器
  • QT：控件属性及常用控件(3)-----输入类控件（正则表达式）
  • 学到一些小知识关于Maven 与 logback 与 jpa 日志
  • Asp.Net Core 8.0 使用 Serilog 按日志级别写入日志文件的两种方式
  • 【C++】stack|queue|deque（适配器模式）
  • 一个看起来非常科幻的人脸识别接口与其实现逻辑，用于二次开发
  • 【算法】回溯法详解
  • 2023年区块链面试宝典整理版（一）
  • 【算法】生成分布式 ID 的雪花算法
  • WinForm | C# 界面弹出消息通知栏 （仿Win10系统通知栏）
  • 什么是Python3网络爬虫？
  • Nginx是什么，是干嘛的
  • 内存泄漏 定位方法
  • 老杜MySQL入门基础 第二天
  • 【22年蓝桥杯】十三届蓝桥杯真题JavaB组解析+代码（带你复习知识点）（一）
  • 【LeetCode】消失的数字
  • 【数据结构】用栈实现队列
  • vue3:setup
  • U - 速算24点
  • 2022（一等奖）D775北部湾红树林生理结构参数对水位变化的响应特征研究
  • 【去哪儿旅行笔试题】德州扑克
  • 【云原生】Kubernetes（k8s）之Pod概念和使用
  • 基于pytorch+Resnet101加GPT搭建AI玩王者荣耀
  • 【VScode】远程连接Linux