动态内存管理（c语言）

devtools/2024/11/18 15:06:01/

我们通常开辟空间的方式

int val =20; //大小为4个字节
char arr[10] ={0} //开辟出一块连续的空间且大小为10

但是上面开辟空间方式的特点

1.空间开辟大小是固定的

2.数组在声明得时候，必须指定数组得长度，它所需要得内存在编译时分配

但是以上的方式不能满足所有情况，有时候我们需要空间的大小在程序运行的时候才能知道，

那数组编译的方式就不能满足了，你那就可以使用动态内存

一.堆区，栈区，静态区

1.栈区：

1）遵循自动分配与释放原则

当函数被调用时，函数内的局部变量，函数的参数灯会在栈上分配空间，函数执行完毕后，这些内存会自动被释放

2）后进先出原则

比如说嵌套函数的时候，内层函数的局部变量会先入栈，当内存函数返回后，其局部变量先出栈，外层函数才能继续执行并访问其自身的局部变量

3）空间有限。如果在栈上分配了过多的内存，可能会导致栈溢出，程序出现错误甚至崩溃

2.堆区

动态分配与释放：堆区的内存分配和释放由程序员手动控制，通过函数malloc,calloc,realloc等函数可以在栈上申请空间，使用完毕后，必须通过free函数释放内存，否则会导致内存泄漏，会一直占用系统资源，知道程序借宿

内存空间较大：堆区的内存空间相对栈区来说要大得多，其大小通常只限于计算机的物理内存和虚拟内存的大小。这使得堆区适用于存储大量的数据或动态生成的数据结构，如数组，链表，树等

分配灵活：

根据程序的实际需求动态申请任意大小的内存块

碎片化问题：

由于堆区的内存分配和释放时动态，经过多次申请和释放后，可能会导致内存碎片化

，内存利用率降低

3.静态区：

全局生命周期：

静态区存储的是全局变量和静态变量，这些变量在程序整个生命周期都有效，直到程序结束

初始化规则

未初始化的全局变量和静态变量会自动初始化为0和空指针，初始化的变量就按照初始化的进行

作用域的限制

全局变量作用域是整个程序，可以在如何函数中访问和修改；而静态局部变量的作用域仅限于定义它的函数内部，但它在函数多次调用后会保持其值不变

二.动态内存函数

1.malloc函数

头文件 #include<stdlib.h>

这个函数向内存申请一块连续可用的空间，并指向这块空间的指针

如果开辟成功，则返回一个指向该块空间的指针

如果开辟失败，则返回一个NULL指针，因此malloc的返回值一定要检查

返回值为void*,所以malloc函数并不知道开辟空间的类型，具体在使用的时候由操作者自己决定

函数格式

函数参数的意思：size表示要分配的内存块的大小，单位是字节

void*malloc(size_t size)

2.free函数

头文件 #include<stdlib.h>

free函数用来释放动态开辟的内存

1.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。

2.如果参数ptr是NULL指针，则函数什么事都不做

void free (void* ptr);

malloc函数和free函数使用如下

#include<string.h>
#include<stdio.h>
#include<errno.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{//向内存申请空间，且未初始化int* p = (int*)malloc(20);//判断空间是否开辟成功if (p == NULL){//判断错误的原因//strerror函数是用来判断错误的原有printf("%s\n", strerror(errno));return 1;}//使用int i = 0;for (i = 0; i < 5; i++){//这俩种形式等价//*(p + i) = i + 1;//printf("%d ", *(p + i));//p[i] = i + 1;//printf("%d ", p[i]);}//释放free(p);p = NULL;return 0;
}

注意：

1.把p被free释放后，p仍然指向某一个地址，需要对其设置为空指针，避免出现空指针

2.若malloc函数开辟空间失败，则会返回空指针，所以需要对malloc函数的返回值进行检查

如果malloc函数开辟的空间太大，则会开辟失败

3.calloc函数

头文件：#include<stdio.h>

calloc也是用来开辟动态空间的，但它会把这块空间每个字节初始化为0

参数1：num表示要分配的元素个数，参数2：表示每个元素的大小

void* calloc (size_t num, size_t size);

calloc函数和free函数的使用

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>int main()
{//开辟动态空间int* p = (int*) calloc(10, sizeof(int));//判断是否开辟成功if (p == NULL){printf("%s", strerror(errno));return 1;}//使用int i = 0;//进行空间的遍历for (i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", p[i]);}return 0;//释放内存free(p);p = NULL;
}

程序运行

4.realloc函数

头文件：#include<stdlib.h>

realloc函数开始实现对动态开辟空间大小的调整

格式

参数1：ptr是一个指向先前通过malloc、calloc或realloc函数分配的内存块的指针，也就是要调整内存的地址

参数2：size表示重新分配后内存块的大小

返回值：realloc函数返回后，返回值为调整之后的空间起始地址

void* realloc (void* ptr, size_t size);
realloc函数的应用
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
%include<errno.h>int main()
{//开辟动态空间int* p = (int*) calloc(10, sizeof(int));//判断是否开辟成功if (p == NULL){printf("%s", strerror(errno));return 1;}
//重新分配内存使其能容纳80个字节的空间，成功使用
//realloc函数后，原来由calloc函数开辟的空间会被回收
//所以不需要对p进行释放，如果释放，则会导致程序崩溃int* pa = realloc(p, 80);if (pa == NULL){printf("%s", strerror(errno));return 1;}//使用int i = 0;for (i = 0; i < 20; i++){*(pa+i) = i + 1;printf("%d ",*(pa+i));}//释放free(pa);pa = NULL;
}

程序运行：

realloc在调整内存空间有俩种情况

1.原有空间之后有足够大的空间

2.原有空间之后没有足够大的空间

若为情况1

使用realloc函数后，直接在原有的空间后直接扩展，最终成为一块连续空间，且原有的空间数据不发生变化

若为情况2

原有空间之后没有足够的空间，如果要扩展的话，在原有的堆空间另找一个合适大小的连续空间来使用，这时函数返回的是一个新空间的地址

情况1：在原来的空间直接进行扩展

情况2：没有找到足够的空间，在另一处又开辟了一个空间

三.动态内存中常见的错误

void test(){int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);*p = 20;free(p);}

这段代码有什么问题呢👆

没有对malloc函数是否成功开辟空间进行判断，如果p为NULL，对NULL的解引用是错误的

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;}free(p);
}

这段代码有什么问题呢👆

对动态开辟的空间进行越界访问，且最后p没有置为NULL

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

对非动态开辟的内存进行free，free之后也要把指针p指向的地址设置为NULL

void test(){int *p = (int *)malloc(100);p++;free(p);}

因为p++,所以p并没有在动态内存的起始地址，所以free仅释放了一部分动态内存

void test(){int *p = (int *)malloc(100);free(p);free(p);、}

对同一块动态内存多次释放

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

使用过后并没有对malloc开辟的动态空间进行free，free之后，要把指针p指向的空间设置为NULL

四.经典的笔试题

void GetMemory(char *p){p = (char *)malloc(100);}void Test(void){char *str = NULL;GetMemory(str);strcpy(str, "hello world");printf(str);}

请问这段代码错误出在哪👆

1.调用GetMemory的时候，str的传参为值传递，p是str临时变量，所以再GetMemory函数内部将动态内存的地址存放在p中，不会影响str。所以在GetMemory函数返回之后

，str中依然是空指针。strcpy函数就会调用失败原因是对NULL的解引用操作，程序会崩溃。

2.malloc是否成功申请空间没有检验

3.GetMemory函数内容malloc申请的空间没有机会释放

，造成了内存泄漏

char *GetMemory(void){char p[] = "hello world";return p;}void Test(void){char *str = NULL;str = GetMemory();printf(str);}

请问这段代码错误出在哪👆

 这是一个栈空间的问题GetMemory函数内部创建的数组是临时的，虽然返回了数组的起始地址给了str,但是数组的内存出了GetMemory函数就被回收了，而str依然保存了数组的起始地址，这时如果使用str，str就是野指针，也就是说访问值是随机的

void GetMemory(char **p, int num){*p = (char *)malloc(num);}void Test(void){char *str = NULL;GetMemory(&str, 100);strcpy(str, "hello");printf(str);}

请问这段代码错误出在哪👆

1.没有用free释放malloc开辟的空间，造成内存泄漏

2.并没有对malloc是否开辟出空间进行检验

void Test(void){char *str = (char *) malloc(100);strcpy(str, "hello");free(str);if(str != NULL){strcpy(str, "world");printf(str);}}

请问这段代码错误出在哪👆

把free把指针所指向的空间释放后，并没有把指针置为NULL，形成了悬空指针

因为虽然 str 指针本身没有被赋值为 NULL，但其指向的内存已经被释放，再使用这个指针会导致未定义行为，如果继续执行，可能会导致程序崩溃产生不可预料的结果

五.柔性数组

在c99中，结构体中最后一个元素允许是未知大小的数组，这就是柔性数组

柔性数组的创建

第一种方式👇

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

第二种方式👇

typedef struct st_type{int i;int a[];//柔性数组成员
}type_a;

柔性数组的特点

1.结构体柔性数组成员前必须至少一个其它成员

2.sizeof返回的大小不包含柔性数组的大小

3.包含柔性数组成员的结构体应该用malloc函数进行内存的动态分配，并且分配的大小应该大于结构体的大小，以适应柔性数组的预期大小

1.sizeof返回的大小不包含柔性数组的大小

#include<stdio.h>
struct s
{int i;int a[0];//柔性数组成员
};int main()
{printf("%d ", sizeof(struct s));return 0;
}

程序运行

3.使用malloc函数进行柔性数组的空间分配

struct S
{int n;char c;int arr[];};int main()
{//柔性数组创建空间，+号前头的是不包含柔性数组大小的空间，后边是创建了//元素个数为10的柔性数组struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 10 * sizeof(int));if (ps == NULL){printf("%p\n", strerror(errno));return 1;}//柔性数组的使用int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){ps->arr[i] = i + 1;printf("%d ", ps->arr[i]);}//释放free(ps);ps = NULL;
}

代码运行

结语：

限于水平，本篇文章不足之处在所难免，还望读者见谅，如有问题，请大家指正下。


http://www.ppmy.cn/devtools/134975.html

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