[C++知识库]【C语言】-动态内存管理

前言

为什么存在动态内存分配？

我们学习过变量，学习过数组。
但是我们知道，我们声明变量时，例如int型变量，它其实是在栈上开辟了4个字节的空间，当我们声明长度为10，类型为int型的数组时，它其实是在栈上开辟了40个字节的空间，一旦我们实现开辟好，那么就面临一个问题，这个空间多了还是少了？用不用的完？用不完会造成空间浪费，而少了会导致内存溢出。
这时候，动态内存分配就起到了作用。

1、动态内存管理函数的介绍

1.1、malloc和free

C语言给我们提供了动态开辟内存的函数：malloc

malloc函数的基本形式：

void* malloc(size_t size);

malloc函数的作用：

向内存申请一块size个字节大小的空间。

函数的返回值：

• 如果开辟成功，则返回开辟好的空间的地址。
• 如果开辟失败，则返回空指针NULL，这也就是为什么malloc空间之后一定要做指针是否为NULL的判断的原因。

malloc函数使用时需要注意的事项：

• malloc函数返回的是void*型的指针，所以需要我们在使用时，自己将指针转换为我们需要的指针类型。
• size的大小为0时，malloc的行为是未定义的，具体取决于编译器。这个行为一般没有什么意义。
• 返回的指针用p接收了之后，就不要随意改动p的位置，因为当我们改动了p的位置之后，我们就找不到那片空间的起始位置了，而当我们free的时候又是以p为起始位置开始释放那片空间。最好的解决办法就是先将p赋给p1，让p1去变动。
• 把p指针free之后，要记得把p指针置为NULL，因为此时p指向的那片空间已经还给操作系统了，此时p指针属于野指针。

C语言给我们提供了用来释放动态开辟的内存的工具：free
free函数使用的注意事项：

• 如果参数指针指向的空间不是动态开辟的，那么free函数的行为是未定义的。
• 如果参数指针是NULL指针，则函数就什么都不做。

ps：malloc和free都声明在stdlib.h头文件中
使用案例：

#include <stdio.h>
int main()
{
 //代码1
 int num = 0;
 scanf("%d", &num);
 int arr[num] = {0};
 //代码2
 int* ptr = NULL;
 ptr = (int*)malloc(num*sizeof(int));
 if(NULL != ptr)//判断ptr指针是否为空
 {
 int i = 0;
 for(i=0; i<num; i++)
 {
 *(ptr+i) = 0；
 }
 }
 free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存
 ptr = NULL;//是否有必要？
 return 0;
}

1.2、calloc

C语言提供了一个函数叫calloc，calloc也可以用来动态内存分配。
calloc基本样式如下：

void* calloc(size_t num,size_t size);

calloc的基本功能：

为num个大小为size的元素开辟一块内存空间，并且把空间的每一个字节初始化为0。

ps：calloc和malloc的区别只在于calloc会在返回地址之前把申请的内存空间每个字节全都初始化为0。

1.3、realloc

同样的，realloc也是C语言给我们提供的函数
realloc函数的基本形式：

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

realloc函数的功能：

调整申请的空间的大小。ptr是要调整的内存地址，size是调整之后的大小。返回调整之后的内存的起始地址。

realloc函数的注意事项：

涉及到调整大小，那么就会出现一个问题：如果我要在原有空间的基础上调大空间，但是后面没有足够大的空间了怎么办？

2、常见动态内存的错误

2.1、对NULL指针的解引用

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);
}

这就犯了我们前面提到的错误，malloc之后要判断返回的指针是否为NULL指针

2.2、对动态开辟空间的越界访问

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);
}

当我们用指针接收了开辟的内存的地址后，我们对这个开辟的内存地址外的地址进行访问。 因为外面那片空间不属于我们，导致了对开辟空间的越界访问。

2.3、对非动态开辟的内存空间使用了free释放

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

我们前面提到，free只能对动态开辟的内存空间使用。这里对非动态开辟的内存进行了释放是错误的。

2.4、使用free释放了一块动态开辟的内存的一部分

void test()
{
 int *p = (int *)malloc(100);
 p++;
 free(p);//p不再指向动态内存的起始位置
}

我们前面提到，我们尽量不要对p指针进行修改，修改后p指针就没有指向那块空间的起始地址了，这时候free（p）的话就只释放掉了动态开辟的内存的后面那部分。我们在使用那块空间时，应该声明一个变量p1，把p指向的地址赋给p1。

3.5、对同一块动态内存的多次释放

void test()
{
 int *p = (int *)malloc(100);
 free(p);
 free(p);//重复释放
}

3.6、动态开辟的内存未释放（内存泄漏）

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

忘记释放会导致，每次调用这个函数都会在内存开辟一块空间，这样空间越来越少，最终导致死机，关机重启之后程序又能继续运行。