[C++知识库]动态内存管理

动态内存管理

1.为什么存在动态内存管理？

因为通过普通创建变量的方式开辟空间，空间太死板了，空间开辟过大会造成浪费，空间开辟过小会导致溢出，固定的内存大小好像总是不够灵活。

C语言给了我们一种方法，可以根据我们的需求开辟空间，给我们C语言使用者更多的灵活性。

2.动态内存函数的介绍

我们可以把可以我们可以调用的内存区分为三种区域

栈区：用来存放局部变量、函数形式参数（会被销毁的一些量）；

堆区：用来动态内存分配（堆区上空间的维护） ，使用堆区上的空间需要malloc calloc realloc free函数。

静态区：用来存放静态变量、全局变量。

2.0 malloc和free

#include <stdlib.h>
void* malloc(size_t size);

在内存的堆区上向内存申请一个大小为size个字节的连续空间，

如果开辟成功返回一个储存这个空间首地址的指针，类型是void*

如果开辟失败，则返回一个NULL指针，因此对malloc函数必须做返回的检测。

如果参数size为0，malloc的行为是标准未定义的，取决于编译器。

但是返回void*我们不能直接使用，因此还需要强制类型转换。

int* p=(int*)malloc(40);
if(p==NULL)
{
    return -1
}
//走到这里了 开辟成功了

free(p);//把p所指的空间还给操作系统
//free不会让p值发生变化，通过p还是可以找到这个空间，很危险
//这样的话p成了一个野指针
//因此还要把p变成空指针
p=NULL;
//如果p指向的空间不是动态开辟的，那么free的行为是未定义的
//如果p是空指针，则free函数什么也不做。

#include <stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		return -1;
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		p[i] = i;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

2.1 calloc

malloc和calloc都是用来动态内存分配的。

malloc函数只负责开辟在堆区申请空间并且返回起始地址，不初始化内存空间。

calloc函数在堆区上申请空间，并且初始化为0，返回起始地址

void* calloc(size_t num,size_t size);

num表示需要开辟的元素个数，size表示每个元素的大小（单位字节）。

想初始化 用calloc 不想初始化 用malloc

2.2 realloc

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

传入需要调整大小的内存空间的首地址，传入需要调整成的大小

调整空间时会遇到两种情况

如果原空间后面的连续空间足够，就会把后面的空间也给p 返回源空间的首地址；

如果原空间后面的连续空间不够，就会再找一块空闲空间，足够大的空间，然后把原空间中的数据都粘过去，然后返回新空间的首地址。

realloc如果找不到对应内存空间大小，就会返回NULL。

p=realloc(p,20*sizeof(int));
//不能这么写，如果调整空间失败了 realloc返回NULL 然后把p变成了NULL
//那块空间的地址也丢了= =
//最好有个中间指针来承接一下 然后判断一下是否为空再决定是否给p

2.4 返回描述错误的字符串的函数 strerror

char* strerror(int errnum);

参数：errnum错误号，通常是errno

返回值：返回一个指向错误字符串的指针，该错误字符串描述了错误errno
需要头文件<string.h> <errno.h>

实例：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>

int main ()
{
   FILE *fp;

   fp = fopen("file.txt","r");
   if( fp == NULL ) 
   {
      printf("Error: %s\n", strerror(errno));
   }
   
  return(0);
   //输出：Error: No such file or directory
//errno是头文件<errno.h>定义的一个全局变量 strerror函数会把出现错误导致全局变量变化为的值赋值到一个字符串上。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main()
{
    int* p=(int*)malloc(4000000000000000);
    if(p==NULL)
    {
        printf("%s\n",strerror(errno));
        return -1;
    }
    else
    {
        for(int i=0;i<100;i++)
        {
            p[i]=i;
            printf("%d\t",p[i]);
        }
    }
    free(p);
    p=NULL;
    return 0;
}

3.常见的动态内存错误

• 开辟空间失败直接解引用空指针导致的错误。

  • 解决方法：if(p==NULL){return -1;}

• 对动态开辟空间的越界访问

  • 解决方法：注意空间大小单位是字节数。

• 对非动态开辟的内存用free。

  • 你这样做会把程序挂掉的

• 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

  • 经常出现在p跑到的不是首地址的地方。

• 对同一块动态内存多次释放

  • 解决方法free完就把指针变量赋NULL

• 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

  • 在堆区申请的空间，有两种回收的方式
  • 1.主动free;
  • 2.程序退出的时候，申请的空间也会回收（如果我们运行的程序一直运行呢？比如服务器程序，空间不释放，开辟了空间用完了不还回去，导致内存逐渐不够了，这种情况我们叫做内存泄漏）