本文由于排版问题,可能稍显枯燥,但里面知识点非常详细,建议耐心阅读,帮助你更好的理解动态内存管理这一C语言大杀器
进阶C语言中有三个知识点尤为重要:指针、结构体、动态内存管理,这三个知识点决定了我们之后学习数据结构是否顺利,在之前,我们已经讲过指针和结构体这两大内容,今天,我们就来讲解C语言黑魔法最后一弹——动态内存管理。
首先,我们先来看一下动态开辟的空间在内存中的分布,感受一下其中的魅力:
目录
一、为什么存在动态内存分配
二、动态内存函数的介绍
1、malloc
分配内存空间
具体用法如下:
编辑
注意事项
2、free
free函数的功能
free函数的注意事项
3、calloc
分配内存空间
具体用法
编辑
注意事项
4、realloc
重新分配空间
具体用法:
编辑
注意事项:
三、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
一、为什么存在动态内存分配
int arr[20]={0};
比如上面这个数组,我们申请了80个字节的空间,能够存放20个整型数组,但是在实际应用中,我们可能需要更多的空间,或者是只需要40个字节的空间,这样的话就会造成空间浪费,鉴于上面这些问题,所以就有了动态内存分配,动态内存分配可以让空间得到更大的利用。
二、动态内存函数的介绍
动态内存函数主要是malloc、free、calloc、realloc函数的使用,下面我们就针对这几个函数展开详细讲解:
1、malloc
malloc函数的原型如下:
void* malloc(size_t size);
分配内存空间
malloc函数的作用是开辟一个size字节大小的空间,并返回一个无类型的指针。
malloc函数如果开辟空间成功,返回的指针指向的内存块是未初始化的;
但malloc也有开辟失败的可能,所以在用malloc函数开辟空间时,一定要检查是否开辟成功,避免出错。
具体用法如下:
#include#includeint main(){int n = 5;//开辟n个int类型的空间int* ps = (int*)malloc(n*sizeof(int));//判断是否开辟成功if (ps == NULL){printf("空间开辟失败\n");return 1;}//对开辟的动态空间进行操作for (int i = 0; i < n; i++){ps[i] = i * 2;}//打印结果for (int i = 0; i < n; i++){printf("%d ", ps[i]);}//释放开辟的空间free(ps);ps = NULL;return 0;}
注意事项
- 使用
malloc
函数分配内存后,一定要在不再需要这块内存空间时使用free
函数释放内存,防止内存泄漏。- 在使用
malloc
分配内存时,要确保分配的内存空间足够存储所需数据,避免发生缓冲区溢出。malloc
函数返回的指针类型是void*
,需要进行类型转换为实际需要的指针类型。- 在分配内存时,要考虑到内存对齐的问题,避免因内存对齐导致的性能损失。
- malloc函数开辟的空间时一个完整的空间,而不是碎片化的
2、free
free函数的原型如下:
void free(void* ptr);
ptr
:指向要释放的内存空间的指针。
free函数的功能
free函数就是用来释放我们所开辟的空间的,在上面也有应用,需要强调的是:free函数释放的空间必须是我们动态开辟出来的空间,而不是其他空间
free函数的注意事项
- 仅能释放通过
malloc
、calloc
或realloc
函数分配的动态内存空间,不能释放静态内存或栈上的内存。- 释放内存空间后,应该将指针设置为
NULL
,以避免出现野指针的情况。- 释放已经释放过的内存空间会导致未定义的行为,因此应该避免重复释放同一块内存空间。
- 在释放内存空间后,尽量避免继续使用指向已释放内存空间的指针,以防止出现悬空指针的情况。
3、calloc
calloc函数的原型如下:
void* calloc(size_t num, size_t size);
分配内存空间
calloc函数的用法与malloc函数的用法几乎完全一致,唯一区别就是传参的不同,malloc函数的参数是开辟空间的字节个数,而calloc函数传的参数是分配的元素个数,和每个元素的大小(即每个元素所占的字节数)
具体用法
#include#includeint main(){int n = 5;//开辟n个int类型的空间int* ps = (int*)calloc(n,sizeof(int));//判断是否开辟成功if (ps == NULL){printf("空间开辟失败\n");return 1;}//对开辟的动态空间进行操作for (int i = 0; i < n; i++){ps[i] = i * 2;}//打印结果for (int i = 0; i < n; i++){printf("%d ", ps[i]);}//释放开辟的空间free(ps);ps = NULL;return 0;}
注意事项
calloc
函数在分配内存时会将内存空间初始化为0,这有助于避免未初始化内存带来的问题。- 使用
calloc
函数分配的内存空间同样需要在不再需要时使用free
函数释放,以避免内存泄漏。- 类似于
malloc
函数,calloc
函数返回的指针类型是void*
,需要进行类型转换为实际需要的指针类型。- 在使用
calloc
函数分配内存时,同样需要考虑内存对齐的问题,确保内存分配的有效性和性能。
4、realloc
当我们在C语言中需要重新分配已经分配的内存空间时,通常会使用realloc
函数。realloc
函数的原型如下:
void* realloc(void* ptr, size_t size);
重新分配空间
realloc
函数用于重新分配已经分配的内存空间的大小,可以扩大或缩小已分配内存的大小。参数ptr
是指向已分配内存空间起始地址的指针,size
是重新分配后的内存空间大小(单位是字节)。realloc
函数返回一个指向重新分配后内存空间起始地址的指针。
具体用法:
下面是一个realloc函数重新分配空间的案例:
#include#includeint main(){int n = 5;//分配n个int类型的空间int* ps = (int*)malloc(n * sizeof(int));//判断是否开辟成功if (ps == NULL){printf("开辟空间失败\n");return 1;}//用realloc函数进行扩容ps = (int*)realloc(ps, 10 * sizeof(int));//判断是否扩容成功if (ps == NULL){printf("扩容失败\n");return 1;}free(ps);ps = NULL;return 0;}
注意事项:
realloc
函数可以用于扩大或缩小已分配内存空间的大小,但不能保证原始数据的完整性。如果扩大内存空间,新分配的内存空间中的数据是未定义的;如果缩小内存空间,可能会丢失部分数据。- 使用
realloc
函数重新分配内存空间时,建议将返回的指针赋值给原指针变量,以防止内存泄漏。- 如果
realloc
函数无法在原地重新分配内存空间,将会在另一块内存空间中重新分配,并将原数据复制到新内存空间中。因此,重新分配可能会比较耗时。- 类似于
malloc
和calloc
函数,使用realloc
函数分配的内存空间同样需要在不再需要时使用free
函数释放,以避免内存泄漏。
三、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的值为NULL,就会出现问题free(p);}
解决方案:
3.2 对动态开辟空间的越界访问
#include#includeint main(){int* p = (int*)malloc(40);if (p == NULL){printf("开辟失败\n");return 1;}int i = 0;for (i = 0; i <= 10; i++){printf("%d ", p[i]);}free(p);p = NULL;return 0;}
运行上述代码后,你会发现是有问题的
解决方法:
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);}
显然,这样写是错误的,我们在上文中也强调过free函数释放的空间必须是动态内存函数开辟出来的
上面这些问题都是没有学习好动态内存函数的一些细节而造成出错,当然,这并不是全部错误,一个程序员想要写BUG是拦不住的,你要做的,是把我上面那些内容进行仔细的学习和研究,可能文笔并不好,但动态内存管理所包含的知识点基本都有,如果有不理解的,欢迎私信或者在评论区中指出,我会尽我所能帮你解决
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