【学习笔记之菜Dog学C】动态内存管理

一、为什么存在动态内存管理

  内存分为三个区，栈区、堆区和静态区（也被叫做数据段）。栈区用来存放局部变量、函数形参等临时变量；堆区用来进行动态内存开辟；静态区用来存放全局变量、静态变量等。
  形如int val = 20;、char arr[10] = {0};的内存开辟方式是在栈空间上开辟的， 它空间开辟大小是固定的，并且在申明数组的时候，必须指定数组的长度，它所需要的内存在编译时分配。
  但是有时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。

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二、动态内存介绍

1、malloc函数和free函数

1. malloc函数介绍
   

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. free函数介绍
   

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；
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。

3. 代码实例

int main() {
    
	//假设开辟10个整型空间 - 10* sizeof(int)
	//动态内存开辟空间
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));//void*
	//使用这些空间的时候
	if (NULL == p) {
    
		//printf + strerror
		perror("main");//main:xxxxxxxxxxxxx
		return 0;
	}
	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++) {
    
		*(p + i) = i;
		printf("%d\n", *(p + i));
	}
	for (i = 0; i < 10; i++) {
    
		printf("%d ", p[i]);//p[i] --> *(p + i)
	}
	//回收空间
	free(p);
	p = NULL;//手动把p置为NULL，防止访问越界在，造成野指针

	return 0;
}

  malloc基本上和free是成对出现的。

2、calloc函数

1. calloc函数介绍
   

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。

2. 代码实例

int main() {
    
	int* p = calloc(10, sizeof(int));

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

	return 0;
}

3、realloc函数

1. realloc函数介绍
   

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

情况一：

情况二：

2. 代码实例

int main() {
    
	int* p = calloc(10, sizeof(int));

	if (NULL == p) {
    
		perror("mian");
		return 1;
	}
	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++) {
    
		printf("%d\n", *(p + i));
	}
	//这里需要p指向的空间更大，需要20个int函数
	//realloc调整空间
	int* ptr = realloc(p, 20 * sizeof(int));
	if (ptr != NULL) {
    
		p = ptr;
	}

	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

三、常见动态内存错误

1. 对NULL指针进行解引用操作

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. 对动态开辟的空间越界访问

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. 对非动态开辟的内存使用free释放

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

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，导致内存泄露

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