一文带你了解动态内存管理-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了一文带你了解动态内存管理。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。

动态内存存在的意义

动态内存函数的介绍

malloc和free

calloc

realloc

常见的动态内存错误

对NULL指针解引用操作

对动态开辟的空间的越界访问

对非动态开辟内存使用free释放

使用free释放一块动态开辟内存的一部分

对同一块内存多次释放

动态开辟内存忘记释放

经典的笔试题

C/C++程序的内存开辟

柔性数组

柔性数组的特点

柔性数组的使用

柔性数组的优点

动态内存存在的意义

int a = 10;
int arr[10] = { 0 };

上面变量开辟的空间有两个特点：
空间开辟的大小是固定的

数组在声明的时候，必须指定数组的长度，它需要的内存在编译时分配

但是，我们有的时候空间的需要大小在程序运行的时候才知道，数组的编译是开辟空间的方式就不能满足了。这时候就需要动态内存开辟了。

动态内存函数的介绍

malloc和free

void* malloc (size_t size)

一文带你了解动态内存管理,# 系统解析C语言,C语言,数据结构,c语言

malloc函数向内存申请一块连续可用的空间，返回指向这块空间的指针。

注意：
如果开辟成功，则返回一个指向这块空间的指针。、

如果开辟失败，则返回一个空指针，使用malloc的返回值要做检查

返回值的类型是void*类型，malloc不知道开辟空间的类型，需要使用者自己来决定。

如果size为0，malloc的行为是属于标准未定义的

C语言还提供了另一个函数free，是用来释放动态内存的。

void free (void* ptr)

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free函数是用来释放动态开辟的内存

如果参数ptr指向的不是动态开辟的空间，这种行为是标准未定义的。

如果参数ptr是NULL指针，则函数什么事都不会做

malloc和free的声明都在stdlib.h中

举个栗子：

要注意把ptr变为NULL，不然它就是野指针了

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	int* ptr = (int*)malloc(40);
	if (ptr == NULL)
		return 1;
	for (int i = 0; i < 20; i++)
	{
		*(ptr + i) = i;
	}
	free(ptr); //释放空间
	ptr = NULL;//把ptr变为NULL，不然他是野指针
	return 0;
}

calloc

void* calloc (size_t num, size_t size）

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calloc将num个大小为size的元素初始化为0

与malloc的区别在于calloc会在返回地址前将申请的空间全部初始化为0

int main()
{
	int* ptr = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (ptr == NULL)
		return 1;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d\n",*(ptr + i));
	}
	free(ptr);
	ptr = NULL;
	return 0;
}

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realloc

void* realloc (void* ptr, size_t size)

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realloc的出现可以让动态内存管理变得更加灵活。有时我们会发现过去申请的空间太小了，又有时觉得太大了。为了合理管理内存，我们一定会对内存的大小进行调整。realloc就可以做做到对动态开辟内存大小地调整。

ptr是要调整内存地地址

size是调整后的大小

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，会将原空间上的数据移动到新的空间

realloc在调整原内存空间有两种情况：
1 原有空间之后有足够大的空间

2 原有空间之后没有足够大的空间

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情况一：要扩展内存的时候就直接在原有内存后面追加空间，原来空间的数据不发生变化。

情况二：原有空间之后没有足够的空间时，会在对堆上找另一块空间来使用，函数返回的就是这个新的内存地址。

栗子：

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
		return 1;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}

	int* ptr = (int*)realloc(p, 50);
	if (ptr == NULL)
		return 1;
	p = ptr;
	ptr = NULL;
	for (int i = 0; i < 20; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

常见的动态内存错误

对NULL指针解引用操作

void test()
{
 int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);
 *p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
 free(p);
}

这里没有对p进行判断，如果malloc申请空间失败的话，他就会为空指针，对空指针解引用就会出现问题。

对动态开辟的空间的越界访问

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);
}

观察代码我们发现，当i等于10时，会越界访问，导致不可控的因素。

对非动态开辟内存使用free释放

void test()
{
 int a = 10;
 int *p = &a;
 free(p);
}

使用free释放一块动态开辟内存的一部分

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

p指针移动后释放会导致一部分内存无法释放

对同一块内存多次释放

void test()
{
 int *p = (int *)malloc(100);
 free(p);
 free(p);//重复释放
}

动态开辟内存忘记释放

void test()
{
 int *p = (int *)malloc(100);
 if(NULL != p)
 {
 *p = 20;
 }
}
int main()
{
 test();
 while(1);
}

忘记释放动态开辟的内存这样会导致内存泄露，使这部分内存无法再使用

经典的笔试题

void GetMemory(char *p)
{
 p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
 char *str = NULL;
 GetMemory(str);
 strcpy(str, "hello world");
 printf(str);
}

这段代码里面的str是传值调用，这函数将str重新拷贝了一份，函数接受这个函数就销毁了，str还是NULL，则strcpy不能使用，printf也打印不出

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

这里返回的p是野指针，因为出了函数p开辟的空间就销毁了，p指向的内容是未知的，打印出来的内容也是未知。

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

这里虽然是传址调用，但是到最后它没有将开辟的空间释放掉，导致内存泄露。

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

这里是提前释放了空间，让后面的拷贝的地址后没有地方被他们存放

C/C++程序的内存开辟

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内存分配的区域：

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

束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。

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。

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。

代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码。

对于static的解释：

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

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柔性数组

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。

struct st_type
{
 int i;
 int a[0];//柔性数组成员
};

struct st_type
{
 int i;
 int a[];//柔性数组成员
};

有些编译器可以使用第一种方法，有些可以使用第二种方法

柔性数组的特点

结构体中的柔性成员前面至少得有一个其他的成员

sizeof求这种结构的大小不会包括柔性数组

包括柔性数组成员的结构用malloc进行动态内存分配的时候，分配的内存应该大于结构体的大小，以便适用柔性数组的预期大小

typedef struct st_type
{
 int i;
 int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
printf("%d\n", sizeof(type_a));//输出的是4

柔性数组的使用

typedef struct st_type
{
 int i;
 int a[0];//柔性数组成员
}type_a;

int i = 0;
type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int));
//业务处理
p->i = 100;
for(i=0; i<100; i++)
{
 p->a[i] = i;
}
free(p);

这个柔性数组，相当于获得了100个整型的连续空间

柔性数组的优点

上面的代码其实也可以这样设计：文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-595598.html

typedef struct st_type
{
	int i;
int* p_a;
}type_a;
type_a* p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a));
p->i = 100;
p->p_a = (int*)malloc(p->i * sizeof(int));
//业务处理
for (i = 0; i < 100; i++)
{
	p->p_a[i] = i;
}
//释放空间
free(p->p_a);
p->p_a = NULL;
free(p);
p = NULL;

上述代码1 和代码2 可以完成同样的功能，但是方法1 的实现有两个好处：

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

到了这里，关于一文带你了解动态内存管理的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！