动态内存管理——C语言【进阶】(上)

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了动态内存管理——C语言【进阶】(上)。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

动态内存管理——C语言【进阶】(上)

1. 为什么存在动态内存分配

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:

  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,它所需要的内存在编译时分配。
    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。

这时候就只能试试动态存开辟了

2. 动态内存函数的介绍

2.1 malloc和free

C语言提供了一个动态内存开辟的函数:

void* malloc (size_t size);

动态内存管理——C语言【进阶】(上)
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。

C语言提供了另外一个函数free,专门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);

动态内存管理——C语言【进阶】(上)
free函数用来释放动态开辟的内存。

  • 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 <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	//张三
	//申请
	int* p = (int*)malloc(20);
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		p[i] = i + 1;
	}
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
	//释放
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

打印结果:
动态内存管理——C语言【进阶】(上)

2.2 calloc

C语言还提供了一个函数叫 calloccalloc 函数也用来动态内存分配。
原型如下:

void* calloc (size_t num, size_t size);

动态内存管理——C语言【进阶】(上)

  • 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,如果要初始化,就用calloc,如果不需要初始化,就用malloc

举个例子:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (NULL != p)
	{
		//使用空间
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

动态内存管理——C语言【进阶】(上)

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。

2.3 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);

动态内存管理——C语言【进阶】(上)

  • 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
    动态内存管理——C语言【进阶】(上)

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。
举个例子:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(20);
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		p[i] = i + 1;
	}
    p=realloc(p, 4);//这样写可以吗?
	
	//释放
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

答案:不行
原因:如果realloc函数返回空指针,空指针赋给p,最后p里面连最开始的20个字节都会没有
怎么改呢?——用一个临时的指针来接收,代码如下

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(20);
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		p[i] = i + 1;
	}
		int* ptr = (int*)realloc(p, 400000);

	if (ptr != NULL)
	{
		p = ptr;
		//使用
		for (i = 5; i < 10; i++)
		{
			p[i] = i + 1;
		}
		for (i = 0; i < 10; i++)
		{
			printf("%d ", p[i]);
		}
	}
	
	//释放
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

打印结果:
动态内存管理——C语言【进阶】(上)

3. 常见的动态内存错误

3.1 对NULL指针的解引用操作

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(20);
	//可能会出现对NULL指针的解引用操作
	//所以malloc函数的返回值要判断的
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		p[i] = i;
	}
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

3.2 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);
	}
	for (i = 0; i <= 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;//当i是10的时候越界访问

	}
	free(p);
}

越界访问时程序关闭都很困难,会程序崩溃的

3.3 对非动态开辟内存使用free释放

//对非动态开辟内存使用free释放
int main()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5 };
	int* p = arr;
	//....
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

程序依然会崩溃
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3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

//使用free释放一块动态开辟内存的一部分
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 0;
	}

	int i = 0;
	//[1] [2] [3] [4] [5] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] 
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		*p = i + 1;
		p++;
	}
	//释放
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

运行之后程序依然会崩溃
动态内存管理——C语言【进阶】(上)

3.5 对同一块动态内存多次释放

//对同一块动态内存多次释放
int main()
{
	int*p = (int*)malloc(20);
	if (p == NULL)
	{
		return 1;
	}
	//使用
	free(p);
	//释放
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

运行后:
动态内存管理——C语言【进阶】(上)

3.6 动态开辟内存忘记释放(内存泄漏)

malloc callocrealloc所申请的空间如果不想使用,需要free释放,如果不使用free释放,程序结束后也会由操作系统回收
如果不使用free释放,程序也不结束,就会出现内存泄漏

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:

自己申请的,尽量自己释放
自己不释放的,告诉别人释放

好了关于动态内存管理,七七今天就先分享到这里,如果这篇文章对大家有帮助,请佬佬们点个赞再走吧!如果发现什么问题,欢迎评论区留言!文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-409422.html

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