[C++知识库]C语言 动态内存管理

1.动态内存函数

1.malloc函数和free函数

malloc函数的函数声明：

void* malloc (size_t size);

malloc函数和free函数的头文件都是

#include <stdlib.h>

malloc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

free函数是专门做动态内存的回收和释放的。

free的函数声明为：

void free (void* ptr);

对于free函数：
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。

（free函数在后面的动态内存函数中也会用到，其效果和使用方法是一样的）

举一个关于malloc函数和free函数的例子

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>//malloc和free的头文件
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	int* p = (int*)malloc(40);//返回值为void* 要自己设置类型
	//开辟成功则返回一个指向开辟好空间的指针
	//开辟失败则返回NULL指针
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	//使用
	int i;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d\n", *(p + i));
	}
	//释放掉内存
	free(p);//动态内存的释放和回收
	//若free释放的不是动态内存 情况未定义
	p = NULL;
	return 0;
}

2.calloc函数

calloc函数也是用来动态内存分配，它的用法与malloc相似，但是多了一个参数，并且它可以将开辟出来的空间初始化，其作用相当于malloc函数加上memset函数的结合体。

calloc的函数声明为：

void* calloc (size_t num, size_t size);

calloc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。
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举个例子：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));//calloc会将开辟出来的内存初始化成0
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	//打印
	int i;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d\n", *(p + i));
	}
	//释放
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

如果对开辟出来的空间又初始化为0的需求 那用calloc函数在合适不过了。

3.realloc函数

它的函数声明为：

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

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。
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

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。
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。
由于上述的两种情况，realloc函数的使用就要注意一些。
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#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
	}
	//使用
	int i;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i + 1;
	}
	//扩容
	int* ptr = (int*)realloc(p, 80);//扩容到80个字节 相当于原来有40 又加上40
	//不要直接用原来的指针接收 如果realloc返回NULL 可能导致数据流失
	if (ptr != NULL)
	{
		p = ptr;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));
	}
	//realloc(NULL, 40) 等价于  malloc(40);
	return 0;
}

2.常见的动态内存错误

1.对NULL指针的解引用操作。

2.对动态开辟空间的越界访问。

3.对非动态开辟内存使用free释放

4.使用free释放一块动态开辟内存的一部分

5.对同一块动态内存多次释放

6.动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

3.柔性数组

1.柔性数组的定义方法

struct S
{
    int i;
    int a[0];//柔性数组成员
};

有些编译器可能会报错，那么可以改成下面这种：

struct S
{
    int i;
    int a[];//柔性数组成员
};

2.柔性数组的特点和使用

结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。
sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。
包含柔性数组成员的结构用malloc ()函数进行内存的动态分配，并且分配的内存应该大于结构的大
小，以适应柔性数组的预期大小。
?

使用：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

struct S
{
	int n;
	int arr[];
};
int main()
{
	int sz = sizeof(struct S);//4 结构体内存不计算柔性数组
	printf("%d\n", sz);
	//柔性数字的使用
	struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 40);
	if (ps == NULL)
	{
		return 1;
	}
	int i;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(ps->arr + i) = i;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", ps->arr[i]);
	}
	struct S* str = (struct S*)realloc(ps, sizeof(struct S) + 80);
	if (str != NULL)
	{
		ps = str;
	}
	//释放
	free(ps);
	ps = NULL;
	return 0;
}

3.柔性数组的优势

上面的使用也可以写成下面这种形式：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

struct S
{
	int n;
	int* arr;
};
int main()
{
	//柔性数字的使用
	struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S));
	if (ps == NULL)
	{
		return 1;
	}
	ps->n = 100;
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p != NULL)
	{
		ps->arr = p;
	}
	int i;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(ps->arr + i) = i;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", ps->arr[i]);
	}
	struct S* str = (struct S*)realloc(ps, sizeof(struct S) + 80);
	if (str != NULL)
	{
		ps = str;
	}
	//释放
	free(ps->arr);
	ps->arr = NULL;
	free(ps);
	ps = NULL;
	return 0;
}

与下面的相比 用柔性数组的好处显而易见

首先，方便内存释放。
如果我们的代码是在一个给别人用的函数中，你在里面做了二次内存分配，并把整个结构体返回给用户。用户调用free可以释放结构体，但是用户并不知道这个结构体内的成员也需要free，所以你不能指望用户来发现这个事。所以，如果我们把结构体的内存以及其成员要的内存一次性分配好了，并返回给用户一个结构体指针，用户做一次free就可以把所有的内存也给释放掉。

第二，这样有利于访问速度。

连续的内存有益于提高访问速度，也有益于减少内存碎片。
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