动态内存管理-C语言

为什么存在动态内存分配

动态内存函数的介绍(malloc    free    calloc   realloc)

常见的动态内存错误

几个经典的笔试题

1. 为什么存在动态内存分配

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内存开辟了。

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);

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); 

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>
int main()
{
//代码1
    int num = 0;
    scanf("%d", &num);
    int arr[num] = {0};
//代码2
    int* ptr = NULL;
    ptr = (int*)malloc(num*sizeof(int));
    if(NULL != ptr)//判断ptr指针是否为空
{
    int i = 0;
for(i=0; i<num; i++)
{
    *(ptr+i) = 0；
}
}
 free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存
 ptr = NULL;//必须设置为空，不然就是野指针
 return 0;
}

 2.2 calloc

C语言还提供了一个函数叫calloc ， calloc 函数也用来动态内存分配。原型如下：void* calloc (size_t num, size_t size);

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。
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;
} 

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);

 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

 

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。 

3. 常见的动态内存错误 

3.1 对NULL指针的解引用操作

void test()
{
int *p = (int *)malloc(40);
*p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
free(p);
}

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);
}

 3.3 对非动态开辟内存使用free释放

void test()
{
     int a = 10;
     int *p = &a;
     free(p);//ok?   因为此时a是在栈上开辟的，那么free只能释放malloc free  calloc   realloc在堆上开辟的空间
}

3.4 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，释放时P只能指向起始位置地址
}

3.5 对同一块动态内存多次释放 

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

3.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏） 

void test()
{
     int *p = (int *)malloc(100);
     if(NULL != p)
     {
    *p = 20;
     }
}
int main()
{
    test();
    return 0;
}

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：动态开辟的空间一定要释放，并且正确释放。 

4. 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);
}

注意：形参不会改变实参。

题目2： 

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

注意：局部变量出了函数之后就会被销毁，虽然返回了地址，但是此时指向的内容已经被销毁了，所以此时str为野指针。

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);
}

注意：此时整个函数调用过程正确，但是用malloc开辟空间之后要进行释放，所以此时会造成内存泄漏。

题目4： 

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

注意：虽然此时已经进行了内存释放，但是后面进行了strcpy操作，此时str为野指针。