深度剖析 —— 动态内存管理

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深度剖析：动态内存管理

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前言

对于空间的需求，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。 这时候就需要在程序运行的过程中，根据需求在堆区开辟内存。

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一、示例问题：通讯录的容量

1.通讯录的需求

通讯录就需要一种能根据存储信息的多少开辟相应空间的方式

我们通常所用的方式是开辟固定大小的数组，这导致通讯录存储时灵活性太差。如果开辟的空间太小，则放不下那么多信息。如果开辟很大的空间，又存在空间上的浪费。因此我们需要一种可以根据存储需求去变更开辟空间大小的新方式。

二、动态内存函数

1. malloc

void *malloc (size_t size);

malloc：对任意类型都可以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。

• 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。

2. calloc

void *calloc (size_t num, size_t size);

calloc：对任意类型都可以动态内存开辟的函数，并且把空间的每个字节初始化为0

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，并且把空间的每个字节初始化为0。

• 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 calloc 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，calloc 的行为是标准是未定义的，取决于编译器。
• 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。

3. realloc

void *realloc (void* ptr, size_t size);

realloc：函数就可以对动态开辟内存大小的调整

• 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，那为了合理的使用内存， 我们往往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。
• ptr 是要调整的内存地址。
• size 是调整后的新大小。
• 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：

1. 原有空间之后有足够大的空间：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。
   

2. 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。

4. free

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。

三、常见的动态内存错误

1.对NULL指针的解引用操作

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);
}

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.对非动态开辟内存使用free释放

void test() {
    
	int a = 10;
	int *p = &a;
	free(p);     //释放非动态开辟的空间
}

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
}

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
}

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();
}

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总结

动态分配的内存由 malloc 等相关函数分配，该函数返回一个指向指定字节数内存块的指针。 这块内存被 free 函数释放后便可重复使用，free 函数以该内存块的地址作为参数。动态内存管理使得我们的程序时更加灵活，为我们的程序提供了更多的可能性。