动态内存管理——C语言【进阶】(下)

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作者简介: 辭七七,目前大一,正在学习C/C++,Java,Python等
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文章收录专栏:进阶C语言,本专栏主要讲解数据存储,进阶指针,动态内存管理,文件操作,程序环境和预处理等
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动态内存管理——C语言【进阶】(下)

1.几个经典的笔试题

题目1:

void GetMemory(char* p)
{
	p = (char*)malloc(100);
}

void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(str);
	strcpy(str, "hello world");
	printf(str);
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

请问运行Test 函数会有什么样的结果?
答:没有打印结果
动态内存管理——C语言【进阶】(下)

题目解释: 先调用Test函数,Test函数把str指针里边放成了空指针,再调用GetMemory函数,把str变量本身传给p,p为str的一份临时拷贝,p里边也是空指针。
动态内存管理——C语言【进阶】(下)
malloc向内存申请了100个字节的空间,并把空间的地址传给了p
假设地址为0x0012ff40,那么p里边存放的也是0x0012ff40,所以p就指向了那100个空间动态内存管理——C语言【进阶】(下)
p为函数的形参变量,出了函数就会销毁,所以当p走出GetMemory函数,p里边的数据就不见了,p就销毁了
所以再Test函数里str依然是一个空指针,strcpy函数把hello world拷贝放在str这个空指针里必然会出现访问内存出错

总结:
这个代码的两个错误

  1. 调用GetMemory国数的时候,str的传参为值传递,p是str的临时 拷贝,所以在GetMemory函数内部讲动态开辟空间的地址存放在p中的时候,不会影响str.所以GetMemory函数返回之后,str中依然是 NULL指针。strcpy函数就会调用失败,原因是对NULL的解引用操作,程序会崩溃。
  2. GetMemory函数内容malloc申请的空间没有机会释放,造成了内存泄露。

如何修改呢?

把Test函数内部的p的值返回一下,并在GetMemory函数内部对其接收,拷贝完之后再对其打印一下,结果就出来了

修改后代码:

char* GetMemory(char* p)
{
	p = (char*)malloc(100);
	return p;
}

void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	str=GetMemory(str);
	strcpy(str, "hello world");
	printf(str);
	free(str);
	str = NULL;
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

打印结果:
动态内存管理——C语言【进阶】(下)
另一种修改方法:传str地址

char* GetMemory(char** p)
{
	*p = (char*)malloc(100);
	return p;
}

void Test(void)
{
	char* str = NULL;
    GetMemory(&str);
	strcpy(str, "hello world");
	printf(str);
	free(str);
	str = NULL;
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

题目2:

char* GetMemory(void)
{
	char p[] = "hello world";
	return p;
}

void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	str = GetMemory();
	printf(str);
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

请问运行Test 函数会有什么样的结果?
动态内存管理——C语言【进阶】(下)

题目分析:先调用Test函数,Test函数把str指针里边放成了空指针,再调用GetMemory函数,GetMemory中创建了一个p数组,数组中放了hello world
动态内存管理——C语言【进阶】(下)
return返回了p的地址,返回后str里放的就是p的地址
动态内存管理——C语言【进阶】(下)
p的空间属于GetMemory函数,出了这个函数p的空间就会被回收

总结:
这个代码的错误:

返回栈空间地址的问题
GetMemory函数内部创建的数组是临时的,虽然返回了数组的起始地址给了str,但是数组的内存出了GetMemory函数就被回收了,而str依然保存了数组的起始地址,这时如果使用str, str就是野指针。

题目3:

void GetMemory(char **p,int num)
{
	*p = (char*)malloc(num);
}

void Test(void)
{
	char* str = NULL;
    GetMemory(&str,100);
	strcpy(str, "hello");
	printf(str);
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

运行Test函数会有什么结果

仔细观察这个代码与我们的题目一有点相似,但是这个代码没有free,因为没有free所以造成了内存泄漏,所以我们给他加上free就好了

修改后:

void GetMemory(char** p, int num)
{
	*p = (char*)malloc(num);
}

void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(&str, 100);
	strcpy(str, "hello");
	printf(str);
	//释放
	free(str);
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

运行结果:
动态内存管理——C语言【进阶】(下)

题目4:

void Test(void)
{
	char* str = (char*)malloc(100);
	strcpy(str, "hello");
	free(str);
	if (str != NULL)
	{
		strcpy(str, "world");
		printf(str);
	}
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

请问运行Test函数会有什么结果?
动态内存管理——C语言【进阶】(下)

这个代码确实打印出了结果,但是它还是有问题的,在这段代码中,执行到free(str)的时候,str指向的空间已经被回收了,所以后面的if语句中的strcpy函数,一旦执行就是非法访问

2.C/C++程序的内存开辟

动态内存管理——C语言【进阶】(下)
C/C++程序内存分配的几个区域:

1.栈区 (stack):在执行函数时,函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建,函数执行结 東时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中,效率很高,但是分配的内存容量有限。栈区主要存放运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。
2.堆区 (heap):一般由程序员分配释放,若程序员不释放,程序结束时可能由OS回收。分 配方式类似于链表。
3.数据段(静态区) (static) 存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。
4.代码段:存放函数体 (类成员函数和全局丽数)的二进制代码。

有了这幅图,我们就可以更好的理解在《C语言初识》中讲的static关键字修饰局部变量的例子了。

实际上普通的局部变量是在栈区分配空间的,栈区的特点是在上面创建的变量出了作用域就销毁。但是被static修饰的变量存放在数据段
(静态区),数据段的特点是在上面创建的变量,直到程序结束才销毁 所以生命周期变长。

3. 柔性数组

也许你从来没有听说过柔性数组 (flexible array) 这个概念,但是它确实是存在的。 C99
中,结构中的最后一个元素允许是未知大小的数组,这就叫做【柔性数组】成员。

例如:

struct S
{
	int n;
	int a[0];//柔性数组成员
};

有些编译器中会报错,改成

struct S
{
	int n;
	int a[];//柔性数组成员
};

3.1 柔性数组的特点:

  • 结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。
  • sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。
  • 包含柔性数组成员的结构用malloc 0函数进行内存的动态分配,并且分配的内存应该大于结构的大小,以适应柔性数组的预期大小。

例如:

typedef struct st_type

{
	int i;
	int a[0];//柔性数组成员

}type_a;
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(type_a));//输出的是4
	return 0;
}

3.2 柔性数组的使用

//代码1
struct S
{
	int n;
	char c;
	int arr[0];//柔性数组成员
};

int main()
{
	//      8               + 40
	struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 10*sizeof(int));
	if (ps == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	//使用
	ps->n = 100;
	ps->c = 'w';
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		ps->arr[i] = i;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d\n", ps->arr[i]);
	}
	//调整arr数组的大小
	struct S* ptr = (struct S*)realloc(ps, sizeof(struct S) + 20 * sizeof(int));
	if (ptr == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	else
	{
		ps = ptr;
	}
	//使用
	//...
	
	//释放
	free(ps);
	ps = NULL;
	return 0;
}

柔性数组arr相当于获得了10个空间,修改后获得了2个空间

3.3 柔性数组的优势

上述的结构体也可以设计为:

//代码2
struct S
{
	int n;
	char c;
	int* arr;
};

int main()
{
	struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S));
	if (ps == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	int*ptr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (ptr == NULL)
	{
		perror("malloc2");
		return 1;
	}
	else
	{
		ps->arr = ptr;
	}
	//使用
	ps->n = 100;
	ps->c = 'w';
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		ps->arr[i] = i;
	}
	//打印
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", ps->arr[i]);
	}
	//扩容 - 调整arr的大小
	ptr = realloc(ps->arr, 20 * sizeof(int));
	if (ptr == NULL)
	{
		perror("realloc");
		return 1;
	}
	else
	{
		ps->arr = ptr;
	}
	//使用

	//释放
	free(ps->arr);
	ps->arr = NULL;
	free(ps);
	ps = NULL;

	return 0;
}

上述 代码1和 代码2可以完成同样的功能,代码1是柔性数组方案,代码2是结构体中指针方案
两种方法对比:

代码1:malloc一次free一次,容易维护空间,不易出错
( malloc次数少,内存碎片就较少,内存的使用率就较高一些)
代码2:malloc两次free两次,维护难度加大,容易出错
(malloc次数多,内存碎片就增多,内存的使用率就下降)

柔性数组的好处
第一个好处是:方便内存释放

如果我们的代码是在一个给别人用的函数中,你在里面做了二次内存分配,并把整个结构体返回给用户。用户调用free可以释放结构体,但是用户并不知道这个结构体内的成员也需要free,所以你不能指望用户来发现这个事。所以,如果我们把结构体的内存以及其成员要的内存一次性分配好了,并返回给用户一个结构体指针,用户做一次free就可以把所有的内存也给释放掉。

第二个好处是:这样有利于访问速度.

连续的内存有益于提高访问速度,也有益于减少内存碎片。(其实,我个人觉得速度的差异比较小)

好了关于C语言【进阶】,七七今天就分享到这里了,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-417309.html

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