C语言-＞动态内存管理

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✅作者简介：大家好，我是橘橙黄又青，一个想要与大家共同进步的男人

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目的：学习malloc，free，calloc，realloc函数的使用。

1. 为什么要有动态内存分配

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：

• 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。补充一下动态内存在内存中的分布：

2. malloc和free

2.1 malloc

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

代码演示：

int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int))开辟10个整形空间malloc(字节)

2.2 free

C语⾔提供了另外⼀个函数free，专⻔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注意：

• 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。

举个例⼦：

#include #include int main(){ int num = 0; scanf("%d", &num); int arr[num] = {0}; 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; return 0;}

3. calloc和realloc

3.1 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);

• 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 #include int main(){ int *p = (int*)calloc(10, sizeof(int)); if(NULL != p) { int i = 0; for(i=0; i<10; i++){ printf("%d ", *(p+i)); } } free(p); p = NULL; return 0;}

输出结果：

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。

3.2 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 情况2：原有空间之后没有⾜够⼤的空间

情况1：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： 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。 由于上述的两种情况，realloc函数的使⽤就要注意⼀些。

#include #include int main(){ int *ptr = (int*)malloc(100); if(ptr != NULL) { //业务处理 } else { return 1;} //扩展容量//代码1 - 直接将realloc的返回值放到ptr中 ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//这样可以吗？(如果申请失败会如何？)//代码2 - 先将realloc函数的返回值放在p中，不为NULL，在放ptr中 int*p = NULL; p = realloc(ptr, 1000); if(p != NULL)//判断 { ptr = p; } //业务处理 free(ptr); return 0;}

4. 常⻅的动态内存的错误

4.1 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); }

所以使用动态内存函数是一定要养成习惯判断是否为NULL

4.2 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);//报错 } for(i=0; i<=10; i++)//问题就出在i==10 { *(p+i) = i;//当i是10的时候越界访问 } free(p); }

4.3 对⾮动态开辟内存使⽤free释放

void test() { int a = 10; int *p = &a; free(p);//ok" />4.4 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 }
4.5 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 }
4.6 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。
5. 动态内存经典笔试题分析
5.1 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); }
输出结果是什么？
为什么？
这是因为str 传过去char*p是相当于值传递，是临时拷贝的str，函数销毁后，str还是不变，str还是NULL，所以没有输出。
5.2 题⽬2：
char *GetMemory(void) { char p[] = "hello world"; return p; }void Test(void) { char *str = NULL; str = GetMemory(); printf(str); }
输出结果：
因为:
在这里p的地址的确传了回去的是地址后面的空间销毁了，所以才会出现这结果。
5.3 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);// free(str);// str = NULL; }
忘记了释放
5.4 题⽬4：
void Test(void) { char *str = (char *) malloc(100); strcpy(str, "hello"); free(str); if(str != NULL) { strcpy(str, "world"); printf(str); } }
忘记str = NULL，且释放空间后又把world放进去，//非法访问
6. 柔性数组 
 也许你从来没有听说过柔性数组（flexible array）这个概念，但是它确实是存在的。 C99 中，结构中的最后⼀个元素允许是未知⼤⼩的数组，这就叫做『柔性数组』成员。 例如： 
typedef struct st_type{ int i; int a[0];//柔性数组成员}type_a;
 有些编译器会报错⽆法编译可以改成：
typedef struct st_type{ int i; int a[];//柔性数组成员}type_a;
6.1 柔性数组的特点： 
 •  结构中的柔性数组成员前⾯必须⾄少⼀个其他成员 。  •  sizeof 返回的这种结构⼤⼩不包括柔性数组的内存 。  •  包含柔性数组成员的结构⽤malloc ()函数进⾏内存的动态分配，并且分配的内存应该⼤于结构的⼤⼩，以适应柔性数组的预期⼤⼩。
例如：
typedef struct st_type{ int i; int a[0];//柔性数组成员}type_a;int main(){ printf("%d\n", sizeof(type_a));//输出的是4 return 0;}
6.2 柔性数组的使⽤ 
代码1：
#include #include struct St{char c;int n;int arr[0];};int main(){struct St* ps = (struct St*)malloc(sizeof(struct St) + 10 * sizeof(int));//柔性数组开辟的空间：10 * sizeof(int)if (ps == NULL){perror("malloc");return 1;}ps->c = 'w';ps->n = 100;int i = 0;for (i = 0; i arr[i] = i;}//数组空间不够struct St* ptr = realloc(ps, sizeof(struct St) + 15 * sizeof(int));//改变柔性数组空间if (ptr != NULL){ps = ptr;}else{perror("realloc");//报错return 1;}//...继续使用for (i = 10; i arr[i] = i;}for (i = 0; i arr[i]);}printf("\n%d\n", ps->n);printf("%c\n", ps->c);//释放free(ps);ps = NULL;return 0;}
还有另一种方式：
代码2：
struct St{char c;int n;int* arr;//使用指针的方式访问};int main(){struct St* ps = (struct St*)malloc(sizeof(struct St));if (ps == NULL){perror("malloc");//报错return 1;}ps->c = 'w';ps->n = 100;ps->arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));//给柔性数组开辟空间if (ps->arr == NULL)//判断{perror("malloc-2");//报错return 1;}//使用int i = 0;for (i = 0; i arr[i] = i;}//数组空间不够int* ptr = (int*)realloc(ps->arr, 15 * sizeof(int));//这个可以，重点if (ptr == NULL){perror("realloc");return 1;}else{ps->arr = ptr;}//使用for (i = 10; i arr[i] = i;}for (i = 0; i arr[i]);}printf("\n%d\n", ps->n);printf("%c\n", ps->c);//释放两次free(ps->arr);ps->arr = NULL;free(ps);ps = NULL;return 0;}
上述的 type_a 结构也可以设计为下⾯的结构，也能完成同样的效果：
//代码2#include #include typedef struct st_type{ int i; int *p_a;}type_a;int main(){ type_a *p = (type_a *)malloc(sizeof(type_a)); p->i = 100; p->p_a = (int *)malloc(p->i*sizeof(int));//业务处理 for(i=0; ip_a[i] = i; }//释放空间 free(p->p_a); p->p_a = NULL; free(p); p = NULL; return 0;}
这样就简化很多了。
6.3 柔性数组的优势 
上述 代码1 和 代码2 可以完成同样的功能，但是 ⽅法1 的实现有两个好处：
 第⼀个好处是：⽅便内存释放  如果我们的代码是在⼀个给别⼈⽤的函数中，你在⾥⾯做了⼆次内存分配，并把整个结构体返回给⽤ ⼾。⽤⼾调⽤free可以释放结构体，但是⽤⼾并不知道这个结构体内的成员也需要free，所以你不能指望⽤⼾来发现这个事。所以，如果我们把结构体的内存以及其成员要的内存⼀次性分配好了，并返回给⽤⼾⼀个结构体指针，⽤⼾做⼀次free就可以把所有的内存也给释放掉。 第⼆个好处是：这样有利于访问速度.  连续的内存有益于提⾼访问速度，也有益于减少内存碎⽚。（其实，我个⼈觉得也没多⾼了，反正你 跑不了要⽤做偏移量的加法来寻址）。扩展阅读：  C语⾔结构体⾥的数组和指针。 好了今天就到这里了，都看到这里了点一个赞吧，感谢观看。