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使用c语言轻松实现动态内存管

小王学代码 人气:0

前言

我们已经掌握的内存开辟的方法有两种

int a = 10;      //在栈空间上开辟4个字节的空间

int a[10] = {0};  //在栈空间上开辟40个字节的连续空间

这些开辟方式都有两个共同的特点:

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,它需要的内存在编译的时候分配

我们为什么要实现动态管理内存呢,这又什么作用呢?

我们对于空间的需求不仅仅只是上面两种,有时候我们到底需要多少空间,需要运行之后才能知道,这个时候就需要动态开辟内存空间,即动态内存函数就诞生了!

动态内存函数有那些?

1.malloc和free

2.calloc

3.realloc

malloc和free

malloc是C语言提供的一个动态内存开辟的函数:

 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。

1.如果开辟成功,则返回一个指向开辟好空间的指针。

2.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。
3.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。
4.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。

void*的返回类型,使用的时候根据情况强制类型转换

C语言还提供free函数,专门是用于做动态内存的释放和回收的,函数原型如下:

free函数是用来释放动态开辟的内存:

1.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。(会报错)

2.如果参数 ptr 是NULL指针,则函数什么事都不做。

图文演示:

头文件要加上 malloc.h 

 代码演示:

int main()
{
	int num = 0;
	scanf("%d", &num);
	//int arr[num] = { 0 };   num 在 [] 中
	//VS 不支持这样,但是可以使用动态内存函数,实现动态数组
	int* ptr = (int*)malloc(sizeof(int) * num);
	if (NULL == ptr) {//进行判断是否创建成功
		perror("malloc::ptr");	
	}
	else {
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			*(ptr + i) = i;
		}
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			printf("%d ", *(ptr + i));
		}
		free(ptr);  //使用free函数释放动态申请的ptr
		ptr = NULL;  //将ptr  free之后,置为NULL,防止野指针非法访问
	}
 
	return 0;
}

而且malloc函数创建的空间不会进行初始化,里面存放的是随机值,如图

1.2 calloc

calloc函数也是C语言提供的,用来动态内存分配,原型如下:

calloc函数介绍:

1.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。
2.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。

实操图文分析:

 代码演示:

int main()
{
	int num = 0;
	int* ptr = (int*)calloc(10, sizeof(int));//使用calloc函数
	for (int i = 0; i < 10; i++) {
			*(ptr + i) = i;
		}
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			printf("%d ", *(ptr + i));
		}
		free(ptr);//free 动态申请的ptr
		ptr = NULL;//置为NULL,防止野指针越界访问
	return 0;
 
}

对于calloc动态申请的空间是否每一个字节都变为0呢?我们来看下图

这也是calloc和malloc函数的最大的区别,是否自动初始化,前者有,后者无

realloc

realloc也是C语言提供的动态内存申请函数,使得动态内存管理更加灵活。

本质是可以对已经动态申请过的空间进行增容,是更加灵活的。

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,并对两个形参ptr和size进行分析:

如上图:

1.ptr可以为NULL,相当于malloc一个新的空间,ptr是要调整的内存地址

2.size同样可以为0,则返回值取决于特定的库实现:它可能是空指针,也可能是不应取消引用的其他位置。size是调整之后的大小

3.返回值为调整之后的内存起始位置。

4.这个函数调整原内存空间大小的基础上,还会将原来的数据移动到新空间。

realloc调整内存空间的时候有两种情况:

第一种情况:当原有空间之后的内存空间足够的时候

第二种情况:当原有空间之后的内存空间不够时

如图所示:

 因为这两种情况是随机发生的,不能控制必须使用哪一种,所以我们就要小心一个事情,不要用原来动态开辟的变量ptr来直接接收realloc,应该创建临时变量接收,先判空,之后再赋值给ptr

代码图示:

 可以自行测试:

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int)*10);
	if (p == NULL) {
		perror("malloc::p");
	}
	else {
		printf("%p\n", p);
	}
	int* ptr = (int*)realloc(p, sizeof(int) * 20);//创建临时变量
//如果使用 int* p = (int*)realloc(p,....这样的话如果创建失败,返回NULL,
//这样的话p的内容就没有了,所以创建临时变量ptr,然后下面判空之后可以交换
	if (NULL == ptr) {
		perror("realloc::ptr");
	}
	else {
		p = ptr;
		ptr = NULL;
		printf("%p\n", p);
	}
 
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

常见动态内存错误(案例分析)

对于NULL指针的解引用操作

意思就是要学会使用动态内存函数的时候吗,要进行判空,不然谁知道有没有问题NULL

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
	*p = 10;//这个时候谁知道p是不是NULL,如果是NULL,那么这就是非法访问,是错误
	free(p);
    return 0;
}

对动态开辟空间的越界访问

就是说,开辟多少空间就是多少空间,不能越过这个字节数的界限访问空间外的地址

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
	if (NULL == p) {
		perror("malloc::p");
	}
	else {
		for (int i = 0; i < 100; i++) {
			*(p + i) = i + 1;//当i等于10的时候就开始越界访问
		}
		for (int i = 0; i < 11; i++) {
			printf("%d ", *(p + i));
		}
		free(p);
		p = NULL;
	}
	return 0;
}

和数组一样,不要越界,不需要多想什么额外的东西

对非动态开辟内存使用free释放

free可以放置NULL进去,不会报错,但是不能放非动态开辟的内存,会报错

图示分析free函数:

 代码演示:

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
	int a = 10;
	free(&a);//非动态内存开辟的,会报错
//free(NULL);  //没有什么反应,程序正常
	return 0;
}

使用free释放了动态开辟内存的一部分

就是说如果动态开辟内存之后的p指针的位置发生改变的话再去释放free(p)只是释放一部分

代码演示:

//举例
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
	p++;
	free(p);//这个的时候p向右移动一个整型字节空间,再进行释放,那么先前那个空间就没被释放
	return 0;
}

对同一块动态内存进行多次释放

多次释放会报错的

图示:

动态开辟空间忘记释放(内存泄漏)

所以我们要养成当一个动态空间不用的时候就free他,放置内存泄露

代码演示:

int main()
{
	//test();
	while (1) {
		malloc(1);//一直申请就是不释放
	}
}

练习题

第一个

void GetMemory(char *p)
{
 p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
 char *str = NULL;
 GetMemory(str);
//改为传递地址就可以或者就是用str接收
//str= GetMemory(str);//实际上用临时变量接收更好
 strcpy(str, "hello world");
 printf(str);
//用完释放
//free(str);
//str=NULL;
}

1.传值操作,就算p申请了空间也不会使得str发生改变,所以str依旧是NULL,不能有strcpy

2.内存泄漏, GetMemory(str);未释放p的空间 

第二个

char *GetMemory(void)
{
//修改为:
//static char p[] = "hello world";
 char p[] = "hello world";
 return p;
}
void Test(void)
{
 char *str = NULL;
 str = GetMemory();
 printf(str);
}

典型的返回栈地址问题,p数组是局部变量 ,确实是返回了p的地址给str,但是GetMemory函数结束之后,数组p的空间就没有,再访问p的地址(printf(str))就会非法访问

第三个

void GetMemory(char **p, int num)
{
 *p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{
 char *str = NULL;
 GetMemory(&str, 100);
 strcpy(str, "hello");
 printf(str);
//修改为:free(str);
//str=NULL;
}

没有释放str动态开辟的空间,没有free(str),str=NULL

第四个

void GetMemory(char **p, int num)
{
 *p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{
 char *str = NULL;
 GetMemory(&str, 100);
 strcpy(str, "hello");
 printf(str);
//修改为:free(str);
//str=NULL;
}

在使用str之前就释放了str申请的空间,释放之后str!=NULL,保留原来地址,str这个时候已经是野指针了(因为没有了对相应空间的访问权限),之后确实是输出了world,但是从if语句就已经错误了,置为str=NULL 就可以了

总结

本文主要是对于malloc、calloc、realloc、free函数的介绍和使用细节的说明,还有一些关于动态内存管理的函数,学会了这些,对于以后数据结构的内容会更加得心应手,所以希望大家能多多支持,接下来,下一章,我们跟大家讲解一下,文件管理的内容。学会了就可以更新通讯录啦!!!

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