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动态内存管理
1. 为什么存在动态内存分配
int a = 20;
char arr[] = "hello";
上述是我们了解的基本的内存开辟方式，但其有两个特点：
- 空间开辟大小是固定的
- 数组在申明时，必须指定数组的长度，它所需要的内存在编译时开辟
这种空间开辟方式可能会造成所开辟空间的浪费或不足，不能满足程序员的需要，所有就有了动态内存开辟。
2. 动态内存函数的介绍
2.1 malloc和free
C语言提供了一个动态内存开辟的函数：
void *malloc( size_t size );
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。
- 若开辟成功，返回一个开辟好空间的指针
- 若开辟失败，返回一个NULL指针，所以，一定要对malloc的返回值做检查
- 返回值的类型是
void*，所以malloc函数返回值的类型由使用者自己决定 - 若参数
size为0，malloc的行为是标准未定义的，取决于编译器
内存有开辟，就有释放。C语言也提供了一个函数free，专门用来释放和回收动态内存：
void free( void *memblock );
这个函数用来释放动态内存开辟的空间。
- 若参数
memblock指向的空间不是动态内存开辟的，那么free函数的行为是未定义的 - 若参数
memblock是NULL指针，则函数什么都不做
mallco和free都声明在stdlib.h的头文件中。
例子：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int* ptr = NULL;
//开辟
ptr = (int*)malloc(10*sizeof(int));//申请一个长度为10的整型数组
int i = 0;
//存储内容
for (i = 0; i < 10; i++)
{
*(ptr + i) = i;
}
//打印
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", *(ptr + i));
}
//释放
free(ptr);//释放空间
ptr = NULL;//令ptr为NULL，防止其变成野指针
return 0;
}
2.2 calloc
C语言还提供了一个函数calloc，也用于动态内存分配：
void *calloc( size_t num, size_t size );
- 函数功能：为
num个大小为size的元素开辟一块空间，并把空间的每个字节初始化为0 - 与malloc的区别：calloc会在返回地址前把申请的空间中的每个字节都初始化为0；mallc则不进行初始化
2.3 realloc
C语言还提供了一个函数reallco，用于扩容所开辟的动态内存空间：
void *realloc( void *memblock, size_t size );
memblock是要调整的内存地址size是调整之后新的大小- 返回值为调整之后的内存起始地址
- 该函数在调整原内存空间大小的基础上，还会将原内存中的数据移动到新的空间
realloc调整内存空间有两种情况：
-
原有空间之后有足够大的空间：
直接在原有内存之后直接追加空间，原空间的数据不改变。
-
原有空间之后空间不够大：
在堆空间上另找一个合适大小的连续空间来使用，函数返回一个新的内存地址。
3. 常见的动态内存错误
3.1 对NULL指针的解引用操作
int main()
{
int* p = (int*)malloc(sizeof(int));
*p = 10;//若p的值时NULL，就会出问题
free(p);
return 0;
}
3.2 对动态内存空间的越界访问
int main()
{
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (p == NULL)
{
exit(EXIT_FAILURE);
}
int i = 0;
for (i = 0; i <= 10; i++)
{
*(p + i) = i;//i=10时越界
}
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", *(p + i));
}
free(p);
return 0;
}
运行结果：
3.3 对非动态内存空间使用free函数释放
int main()
{
int a = 10;
int* p = &a;
free(p);
return 0;
}
运行结果：
3.4 用free释放一块动态内存空间的一部分
int main()
{
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
p++;
free(p);
return 0;
}
运行结果：
3.5 对同一块动态内存空间多次使用free释放
int main()
{
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
free(p);
//...
free(p);
return 0;
}
运行结果：
3.6 动态内存开辟却忘记释放（内存泄漏）
int main()
{
int* p = (int*)malloc(100*sizeof(int));
if (p == NULL)
{
exit(EXIT_FAILURE);
}
int i = 0;
for (i = 0; i < 100; i++)
{
*(p + i) = i;
}
return 0;
}
4. 经典笔试题
题目1：
void GetMemory(char *p)
{
p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(str);//此处为传值，应该传址
strcpy(str, "hello world");//str依然为NULL
printf(str);//打印为空
//存在内存泄漏
}
//正确写法
void GetMemory(char** p)
{
*p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(&str);
strcpy(str, "hello world");
printf(str);
//
free(str);
str = NULL;
}
题目2：
char* GetMemory(void)
{
char p[] = "hello world";
return p;
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
str = GetMemory();//str变成了野指针
printf(str);
}
题目3：
void GetMemory(char** p, int num)
{
*p = (char*)malloc(num);
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
GetMemory(&str, 100);
strcpy(str, "hello");
printf(str);
//存在内存泄漏
}
题目4：
void Test(void)
{
char *str = (char *) malloc(100);
strcpy(str, "hello");
free(str);//str变成了野指针
if(str != NULL)
{
strcpy(str, "world");
printf(str);
}
}
5. C/C++在程序中的内存开辟
C/C++程序内存分配的几个区域：
- 栈区（stack）：在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结
束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是
分配的内存容量有限。 栈区主要存放运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返
回地址等。 - 堆区（heap）：一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收 。分
配方式类似于链表。 - 数据段（静态区）（static）存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。
- 代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码。
实际上普通的局部变量是在栈区分配空间的，栈区的特点是 在上面创建的变量出了作用域就销毁。但是被static修饰的 变量存放在数据段（静态区），数据段的特点是在上面创建 的变量，直到程序结束才销毁，所以生命周期变长。