[C++知识库]c语言十七：动态内存申请

一 动态内存申请

1. 数组的长度是预先定义好的，在整个程序中固定不变；
2. 但在实际应用中，往往有这种情况，所需要的内存空间取决于实际输入的数据，而无法预先确定
3. 为了解决上面的问题，C语言提供了一些内存管理函数，这些内存管理函数可以安装需要动态的分配内存空间，也可以把不再使用的内存空间回收再利用

二 静态分配内存和动态分配内存

2.1 静态分配内存

1. 在程序编译或运行过程中，按事先规定好的大小分配内存空间的分配方式；
2. 必须事先知道所需空间的大小；
3. 空间是分配在栈区或全局变量区的；
4. 按计划分配

2.2 动态分配内存

1. 在程序运行过程中按需要自由分配所需空间；
2. 按需分配；
3. 空间是分配在堆区的，一般使用特点函数来分配

三 动态内存申请的相关函数

3.1 分配内存空间函数 malloc

函数功能： 在内存的动态存储器（堆区）中分配一块长度为size字节的连续内存空间，用来存放类型说明符指定的数据类型
函数原型： void *malloc(unsigned int num_bytes);
				形参num_bytes是需要申请内存空间的字节数
调用形式： (类型说明符*) malloc(size)
返回值：
		分配成功：分配的内存空间的起始地址
		分配失败：NULL
注意事项：
		1. 对malloc的返回值一定要强制类型转换；
		2. malloc申请的内存空间的内容不确定，一般需要使用memset进行清空；
		3. 调用malloc后，一定要判断一下，是否申请内存成功；
		4. 如果多次malloc申请的内存，第一次和第二次申请的内存不一定连续；

3.2 free函数 （释放内存函数）

函数说明：free函数释放ptr指向的内存
函数定义：void free(void *ptr)
注意事项：ptr指向的内存必须是malloc，calloc，relloc动态申请的内存

3.3 案例一：从堆区申请一个int类型的空间

[root@ansible9 ~]# cat  test.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main(int arg, char *argv[])
{
	int *p=NULL;
	p=(int *)malloc((int)sizeof(int));
	if(p==NULL)
	{
		printf("malloc err\n");
		return 1;
	}
	printf("用malloc申请的内存空间中的内容是不确定的：%d\n",*p);
	memset(p,0,(int)sizeof(int));
	printf("用memset清0后的内存空间中的内容是：%d\n",*p);
	printf("请输入一个int数值：");
	scanf("%d",p);
	printf("%d\n",*p);
	free(p);
}
[root@ansible9 ~]# ./a.out 
用malloc申请的内存空间中的内容是不确定的：0
用memset清0后的内存空间中的内容是：0
请输入一个int数值：111
111

3.4 案例二：从堆区申请一个数组，数组的大小由用户决定

步骤：

1. 从键盘获取要申请的数组的大小；
2. 根据大小，从内存堆区申请空间；
3. 对空间读写操作；
4. 释放该空间；

[root@ansible9 ~]# cat test.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main(int arg, char *argv[])
{
	printf("请输入数值元素的个数：");
	int n=0;
	scanf("%d",&n);
	printf("将要为元素个数为%d个的数组申请内存空间\n",n);
	int *p=NULL;
	p=(int *)malloc(n*(int)sizeof(int));
	if(p==NULL)
	{
		perror("malloc error!");
		return 1;
	}
	memset(p,0,n*(int)sizeof(int));
	int i=0;
	printf("请输入%d个int数组",n);
	for(i=0;i<n;i++)
	{
		scanf("%d",p+i);
	}
	for(i=0;i<n;i++)
	{
		printf("%d\n",p[i]);
	}
	free(p);
}
[root@ansible9 ~]# ./a.out 
请输入数值元素的个数：5
将要为元素个数为5个的数组申请内存空间
请输入5个int数组10 20 30 40 50 60 70 80 
10
20
30
40
50

3.5 calloc函数

函数原型：void * calloc(size_t nmemb, size_t size);
			参数： size_t是无符号整形，是在头文件中用typeof定义出来的
			返回值：申请失败：返回NULL；申请成功：返回申请的内存的首地址
函数功能：在内存的堆区，申请nmemb块，每块大小为size字节的连续内存空间
注意事项：
			1. calloc函数申请的内存空间已经自动被清0了，不用再用memset清0；
			2. calloc函数申请的内存空间字节数为nmemb和size的乘积；

[root@ansible9 ~]# cat test.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main(int arg, char *argv[])
{
	printf("请输入数值元素的个数：");
	int n=0;
	scanf("%d",&n);
	printf("将要为元素个数为%d个的数组申请内存空间\n",n);
	int *p=NULL;
	p=(int *)calloc(n, (int)sizeof(int));
	if(p==NULL)
	{
		perror("calloc error!");
		return 1;
	}
	int i=0;
	printf("请输入%d个int数组",n);
	for(i=0;i<n;i++)
	{
		scanf("%d",p+i);
	}
	for(i=0;i<n;i++)
	{
		printf("%d\n",p[i]);
	}
	free(p);
}
[root@ansible9 ~]# ./a.out 
请输入数值元素的个数：5
将要为元素个数为5个的数组申请内存空间
请输入5个int数组10 20 30 40 50 60 70
10
20
30
40
50

3.5 realloc函数（重新申请内存空间）

函数原型：void* realloc(void* s, unsigned int newsize);
形参：s原先开辟内存的地址           newsize：新申请内存的大小
返回值：新申请内存的首地址
函数功能：在原先s执行的内存基础上重新申请内存，新的内存大小为newsize字节，如果原先内存后面有足够大的空间就追加；如果没有则realloc函数会在内存堆区找一个newsize字节大小的空间来申请，将原先内存中的数据拷贝过来，然后释放原先的内存，最后返回新内存的地址

[root@ansible9 ~]# cat test.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main(int arg, char *argv[])
{
	printf("请输入数值元素的个数：");
	int n=0;
	scanf("%d",&n);
	printf("将要为元素个数为%d个的数组申请内存空间\n",n);
	int *p=NULL;
	p=(int *)calloc(n, (int)sizeof(int));
	if(p==NULL)
	{
		perror("calloc error!");
		return 1;
	}
	int i=0;
	printf("请输入%d个int数组元素",n);
	for(i=0;i<n;i++)
	{
		scanf("%d",p+i);
	}
	for(i=0;i<n;i++)
	{
		printf("%d\n",p[i]);
	}
	printf("想要为数组增加几个元素：");
	int m=0;
	scanf("%d",&m);
	printf("您想要增加%d个元素\n",m);
	p=(int *)realloc(p,(n+m)*(int)sizeof(int));
	if(p==NULL)
	{
		perror("calloc error!");
		return 1;
	}
	printf("请输入%d个新int数组元素",m);
	for(i=n;i<(m+n);i++)
	{
		scanf("%d",p+i);
	}
	for(i=0;i<(n+m);i++)
	{
		printf("%d\n",p[i]);
	}
	printf("数组现有%d个元素\n",(n+m));
	int h=0;
	printf ("想减少几个元素：");
	scanf("%d",&h);
	printf("您想减少%d个元素\n",h);
	p=(int *)realloc(p,(n+m-h)*(int)sizeof(int));
	if(p==NULL)
	{
		perror("calloc error!");
		return 1;
	}
	for(i=0;i<(n+m-h);i++)
	{
		printf("%d\n",p[i]);
	}
	free(p);
}
[root@ansible9 ~]# ./a.out 
请输入数值元素的个数：3
将要为元素个数为3个的数组申请内存空间
请输入3个int数组元素10 20 30
10
20
30
想要为数组增加几个元素：2
您想要增加2个元素
请输入2个新int数组元素40 50
10
20
30
40
50
数组现有5个元素
想减少几个元素：4
您想减少4个元素
10

四 动态内存申请的注意事项

4.1 指向堆区的指针变量不要随意更改指向，会导致calloc申请的内存空间泄漏

[root@ansible9 ~]# cat test.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main(int arg, char *argv[])
{
	int *p = (int *)malloc(4*(int)sizeof(int));
	int num=10;
	p=&num;
}

4.2 不要操作已经释放的空间，因为该空间内容已经不能确定了

[root@ansible9 ~]# cat test.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main(int arg, char *argv[])
{
	int *p = (int *)malloc((int)sizeof(int));
	memset(p,0,(int)sizeof(int));
	*p=100;
	free(p);
	printf("%d\n",*p);
}

4.3 不要对堆区空间重复释放

[root@ansible9 ~]# cat test.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main(int arg, char *argv[])
{
	int *p = (int *)malloc((int)sizeof(int));
	memset(p,0,(int)sizeof(int));
	*p=100;
	free(p);
	free(p);
}
[root@ansible9 ~]# gcc -Wall test.c
[root@ansible9 ~]# ./a.out 
free(): double free detected in tcache 2
Aborted (core dumped)

4.4 如何防止对堆区空间重复释放？

四 内存泄漏