c语言动态内存分配

前言

我们已经掌握的内存开辟⽅式有：

int val = 20;//在栈空间上开辟四个字节
char arr[10] = {0};//在栈空间上开辟10个字节的连续空间

但是上述的开辟空间的⽅式有两个特点：
• 空间开辟⼤⼩是固定的。
• 数组在申明的时候，必须指定数组的⻓度，数组空间⼀旦确定了⼤⼩不能调整但是对于空间的需求，不仅仅是上述的情况。有时候我们需要的空间⼤⼩在程序运⾏的时候才能知
道，那数组的编译时开辟空间的⽅式就不能满⾜了。
C语⾔引⼊了动态内存开辟，让程序员⾃⼰可以申请和释放空间，就⽐较灵活了。

一、malloc和free

1.1malloc

c语言提供了一个动态分配内存的函数（需要头文件#include<stdlib.h>）

void* malloc (size_t size);

我们可以注意到，他返回的是void*，因为这块空间是帮你开辟的，不知道你用来存放什么类型的数据，所以他自动存为了void*，方便你以后的各种操作，比如强转成float*啊，int*之类的

1.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。如果开辟成功，则返回⼀个指向开辟好空间的指针。
2.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。

3.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。
4.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。

注意第四条，当我们使用的时候，一定要避免这种情况的产生。

当我们使用malloc函数时，我们也可以借助代码去检查他是否错误，错误的原因是什么

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main() {int* a = (int*)malloc(2e9);if (a == NULL) {perror("malloc");return 1;}printf("win");return 0;
}

perror这里就是找到错误得原因2e9就是2乘十的九次字节的空间。

1.2 free

头文件同malloc，#include<stdlib.h>

void free (void* ptr);

free函数⽤来释放动态开辟的内存。
• 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。

第一点要注意，你如果ptr指向的内存不是动态开辟的，程序可能会崩掉，所以一定要特别注意

值得一提的是，他这个定义比较抽象，free是什么意思？他说用来释放内存?释放具体是什么意思？很多人其实并没有理解很深刻，所以我来说一段我自己的理解来帮助大家理解

malloc函数的功能是开辟一段空间，但是是开辟吗？，其实理解成赋予比较好一点，例如

int* a = (int*)malloc(40);

他其实是把40大小的空间的使用权限赋予了a，同时将把这40个空间的地址给了a

而free呢？free的作用是相当于把这块内存还给操作系统了，但并没有删除掉a中存储的地址（也就是a仍然指向那块地址，但那块空间已经不属于程序了）

那free了之后我们在用a去访问那块地址，就会报错，此时a是野指针，那为了以后产生不必要的错误，我们要把a指针置为空指针。

二、calloc和realloc

1.calloc

void* calloc (size_t num, size_t size);

• 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 的区别只在于 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。

所以如果我们对申请的内存空间的内容要求初始化，那么可以很⽅便的使⽤calloc函数来完成任务。

2.realloc

作用：调整动态内存分配的大小。

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

• 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

情况1
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。情况2
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。

所以我们要注意，不能写出这样一个代码

 ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);

如果申请成功还好，如果失败的话，ptr原有的地址可能找不到了，所以我们应借助另一个指针p，如果成功了，再把p指向的地址赋给ptr。

三.动态内存经典笔试题分析

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
void GetMemory(char* p)
{p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{char* str = NULL;GetMemory(str);strcpy(str, "hello world");printf(str);
}
int main() {Test();return 0;
}

大家先看这道题，输出结果会是什么？

答案出乎意料，为什么呢？注意看，在调用GetMemory函数时，他是直接传的str，str里面存的是NULL,然后在函数调用时，计算机会帮他创建一个临时变量，假设叫p，这个p中拷贝过str里面存的的内容，也是NULL，注意，str和p的地址是不一样的，所以，动态分配给p内存，并没有给str，然后底下又进行对p的控制的内存进行赋值之类的，就会报错，就会崩溃，而且还会发生内存泄漏，因为p的地址你没有释放看，写入位置，正是NULL，0x000....所以我们应该怎么改正呢？我们可以将str的地址传进去

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
void GetMemory(char** p)
{*p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{char* str = NULL;GetMemory(&str);strcpy(str, "hello world");printf(str);
}
int main() {Test();return 0;
}

或者把p的地址进行一个返回拿str接受也是可以的。

看下一题

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
char* GetMemory(void)
{char p[] = "hello world";return p;
}
void Test(void)
{char* str = NULL;str = GetMemory();printf(str);
}
int main() {Test();return 0;
}

大家不妨先自己做一下，乍一看没有问题，一运行，就g

why?我们来分析一下注意，p是一个临时变量，当函数运行结束的时候，p所支配的空间已经全部还给操作系统了，已经不属于程序了，但是str现在确实指向这片空间，这时候打印，就会出现一堆乱码。

下一题

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
void Test(void)
{char* str = (char*)malloc(100);strcpy(str, "hello");free(str);if (str != NULL){strcpy(str, "world");printf(str);}
}
int main() {Test();return 0;
}

我们会发现欸？居然可以打印，如果仔细阅读前面的我们其实可以发现，free完了之后str已经失去了访问权限，但为什么还能打印呢？注意：此时p已经成为了野指针，访问了不该访问的空间，这里的空间已经成了操作系统的了，但是str仍能访问这片空间，所以打印出来了。

那有的童鞋就问了，那free free了个集贸，什么用都没有，在我看来，free完和free前的区别就是，free完即使你改了，有可能操作系统某个操作给你覆盖了，如果没有free的话，那块空间只能你用。

四.柔性数组

1.表示方法及规则

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
struct a {int a1;int a2[];
};
struct b {int b1;int b2[0];
};

• 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。

第三点如图。

2.使用方法

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
struct a {int a1;int a2[];
};
struct b {int b1;int b2[0];
};
int main() {struct a* a0 = (struct a*)malloc(sizeof(struct a) + sizeof(int) * 100);return 0;
}

这样柔性数组成员a2，相当于获得了100个整型元素的连续空间。