c语言动态内存分配

时间:2022-06-03 平凡的人1 人气:0

为什么会有动态内存分配

内存使用方式有两种

1.创建一个变量

2.创建一个数组

int a = 1;
int arr[10];

但是这两种方式都有一些特点

1.空间是固定大小的，不会变

2.必须提前知道要开辟多少空间，必须指定数组的长度。

但是实际上，对于空间的需求，有些时候，我们并不知道要分配多少内存空间，有时候需要在程序运行时才知道，比如用一个数组存放班级学生的年龄，我们不知道有多少个学生，不知道需要多大的空间，而且编译器又不支持变长的数组，应该是常量表达式。这时候，用数组分配固定的空间就不适合了。

为了更好地分配内存空间，这时候就需要我们的动态内存分配了。

说到内存，我们知道内存分为3个区域，栈区，堆区，静态区。

栈区——局部变量，函数形参

堆区——动态内存分配

静态区——全局变量，静态变量（如static int a = 10）

动态内存函数的介绍

malloc

void *malloc( size_t size );

函数向堆区开辟一块连续的空间，返回空间的起始地址。

开辟成功，返回一个开辟好的空间的指针
开辟失败，返回NULL指针，所以要检查是否开辟成功
返回的类型是void*，所以malloc并不知道开辟的类型，自己决定
如果size为0，malloc的行为是标准未定义的，取决于编译器
记得引用头文件#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main()
{
    int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    if (p == NULL)
    {
        //打印错误原因的一个方式
        printf("%s\n", strerror(errno));
    }
    else
    {
        //正常使用
        int i = 0;
        for (i = 0; i < 10; i++)
        {
            *(p + i) = i;
        }
        for (i = 0; i < 10; i++)
        {
            printf("%d ", *(p+i));
        }
    }
    //释放
    free(p);
    p = NULL;
    return 0;
}

free

void free( void *memblock );

c语言提供一个函数free，专门用来动态内存的回收和释放的

头文件是#include <stdlib.h>

注意几点：

用于动态开辟的内存，如果不是的话，那free函数行为是未定义的

如果指针是NULL指针，则函数什么事都不做

被free后的指针最好手动置为NULL，避免野指针,造成错误

free(p);
p=NULL;

calloc

void *calloc( size_t num, size_t size );

calloc也是用来动态开辟空间。头文件也为#include <stdlib.h>

与malloc的区别：

参数不同

与malloc的区别只在于calloc会返回地址之前把申请的空间的每个字节初始化为0。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main()
{
    //malloc(10*sizeof(int));
    int*p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
    if (p == NULL)
    {
        printf("%s\n", strerror(errno));
    }
    else
    {
        int i = 0;
        for (i = 0; i < 10; i++)
        {
            printf("%d ", *(p + i));
        }
    }
    free(p);
    p = NULL;
    return 0;
}

调试一下，可以看到内存都初始化为0了

根据实际情况，如果需要初始化的话那就使用calloc

realloc

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

头文件也是引用#include <stdlib.h>

ptr是要调整的内存地址

size调整之后新大小，而不是增加的大小

返回值为调整之后的内存起始位置

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活

有时候我们发现申请的空间太小，有时候又会觉得申请过大了，为了合理的分配内存，我们可以对内存的大小做灵活的调整，realloc可以做到对动态内存大小的调整

注意事项

realloc在调整内存存在两种情况

情况1：原有空间之后有足够大的空间

如果p指向的空间之后有足够的内存可以追加，则直接追加，后返回p

情况2：原有空间之后没有足够的空间

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
得用一个新的变量来接收realloc的返回值

#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;
        }
    }
    //在使用malloc开辟的20个空间
    //假设这里20个字节不能满足我们的使用
    //希望我们能有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
    int* ptr = realloc(p, 40);
    if (ptr != NULL)
    {
        p = ptr; 
        int i = 0;
        for (i = 5; i < 10; i++)
        {
            *(p + i) = i;
        }
        for (i = 0; i < 10; i++)
        {
            printf("%d ", *(p+ i));
        }
    }
    free(p);
    p = NULL;
    return 0;
}

常见的错误

对NULL指针的解引用操作

int main()
{
    int* p = (int*)malloc(INT_MAX/4);
    *p = 20;//如果p是空指针，就会有问题；
    free(p);
    return 0;
}

越界访问

int* p = (int*)malloc(40);
    if (p == NULL)
    {
        return 0;
    }
    int i = 0;
    //越界
    for (i = 0; i <= 10; i++)
    {
        *(p + i) = i;
    }
    free(p);
    p = NULL;

应该是i<10

对非动态内存进行free

 int a = 10;
    int* p = &a;
    free(p);
    p = NULL;

使用free释放动态开辟内存的一部分

int* p = (int*)malloc(40);
    if (p == NULL)
    {
        return 0;
    }
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        *p++ = i;
    }
    free(p);
    return 0;

p不在指向动态内存开辟的起始位置，我们应该重新定义一个指针来记住起始地址

对同一块动态内存多次释放

int* p = (int*)malloc(40);
    if (p == NULL)
    {
        return 0;
    }
    free(p);
    free(p);

对动态内存内存忘记释放（内存泄漏）

忘记释放动态开辟的内存，就会造成内存泄漏

 while (1)
    {
        malloc(1);
        Sleep(1000);
    }

申请内存而不还，计算机的内存是有限的，内存将会被耗干

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