C语言动态内存

前言

关于动态内存管理，可能有学习过的小伙伴，也有没有听说过的。没有听说过的小伙伴会觉得很奇怪啊，为什么要动态开辟内存，内存怎么还能是动态的。给不知道的小伙伴解释一下。咱们平时在内存开辟空间也就是在栈区（局部变量，函数参数等等），静态区（全局变量，static修饰的局部变量等等）开辟空间。只能是用多少开辟多少，是非常局限的。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，所以就试试动态内存存储。而动态内存开辟的空间都是在内存中的堆空间的。

1.关于动态内存的函数

1.1 malloc和free函数

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。

free函数专门是用来做动态内存的释放和回收的。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。
 

说明：

该函数设计的巧妙的一点就是返回值为void*，因为函数创造者并不知道使用者是想以什么样的类型指针来接收动态开辟的空间，所以使用者在使用时只需要强行转换成自己想要的类型就可以：

int* p = (int*)malloc(40);//假设是整型时的例子

在使用完动态开辟的空间后记得要用free函数向操作系统释放开辟的空间，并且将指针赋为空指针：

int* p = (int*)malloc(40);
 
//......
 
free(p);//避免内存泄漏
p = NULL;//原指针指向的位置既然已经还给操作系统的，就将指针赋为空指针，避免野指针等问题

 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。

需要引头文件stdlib.h

1.2 calloc函数

 calloc可与malloc函数相对照来学习，calloc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malloc有两点不同：

参数不同，calloc需要指明开辟空间的数据类型和该类型数据的个数，而malloc是全部字节数；

calloc在开辟空间的同时将空间内的全部字节初始化为0.

1.3 realloc函数

 realloc函数用来调整开辟空间的大小，有时可能开辟的空间小了，有时候可能开辟的大了，都可以通过realloc函数来修改，并且会将原来内存中的数据移动到新的空间。

realloc在调整空间大小时有两种情况：

原有空间后有足够大的空间，这种情况下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，返回值为原来位置的指针；

 2.原有空间后没有足够大的空间，这时便在堆空间找到大小合适的连续空间使用，并将原有空间的数据转移到新的空间返回值为新空间的地址。

int main()
{
    int *str = (int*)malloc(10);
    if(str != NULL)
{
    //.....
}
else
{
    exit(EXIT_FAILURE);
}
    //扩展容量
//代码1
str = (int*)realloc(str, 1000);//这样可以吗？(如果申请失败会返回一个空指针！！！)
 
 
//修改代码2
int*p = NULL;
p = realloc(str, 1000);
if(p != NULL)
{
    str = p;
}
//...
free(str);
return 0;
}

2.常见的动态内存错误

2.1 对NULL指针解引用

int* p = (int*)malloc(40);
*p=10;
free(p);

这就是忽略了返回值可能是空指针的可能，如果开辟失败会返回空指针。所以最好的做法就是判断一下指针是否为空，然后再进行下一步。

int* p = (int*)malloc(40);
if(p != NULL)
{
    *p=10;
}
free(p);

2.2 对动态内存开辟的空间越界访问

就类似于使用数组时对数组越界访问。

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);

2.3 对非动态开辟内存使用free释放

int a = 0;
int* p = &a;
free(p);

通过查阅MSDN可以发现：Attempting to free an invalid pointer (a pointer to a memory block that was not allocated by calloc, malloc, or realloc) may affect subsequent allocation requests and cause errors. 就是说如果用free释放非calloc，malloc，realloc函数动态开辟的空间可能会导致后续的分配请求并且导致错误。

2.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

int *p = (int *)malloc(100);
p++;
free(p);//p不再指向动态内存的起始位置

会导致动态开辟的空间无法完全释放，进而可能会导致内存泄漏。

2.5 对同一块动态内存多次释放

int *p = (int *)malloc(10);
free(p);
free(p);//重复释放

2.6 内存泄漏

void test()
{
    int *p = (int *)malloc(100);
    if(NULL != p)
    {
        *p = 20;
    }
}
int main()
{
    test();
    return 0;
}

如果使用完动态内存又不释放则会导致这块内存无法在后续被利用，导致内存泄漏。动态开辟的空间一定要释放，并且正确释放。

补充：为什么要引入动态内存分配

1.指针只能指向一个确切的内存空间，欲使用一个数据，必须先设定一个变量来保存它么？

2.在程序设计时，数据多为动态的。即程序运行时数据项的数量是变化的。

3.用数组保存多个元素时，很难预知实际运行时存储的元素个数，往往会导致预定义的元素个数不足或过多

例如：电话簿的管理程序。当添加新联系人时，数据项将增加；删除联系人时，数据项将减少。

动态数据结构可以在运行时灵活地添加、删除或重排数据项。
动态内存管理可以在运行时分配更多的内存空间或释放掉不再需要的空间，因而可以优化存储空间的使用。

所以———由于无法预知在运行时数组元素的使用情况，在程序中预定义的数组大小，如果过小，会导致程序运行失败；如果过大，则会浪费内存空间。

如果在运行时根据实际需要来决定内存的使用情况，则可以很好的解决以上问题。

总结