动态内存分配详解——C语言

@[toc]

动态内存管理

一、为什么存在动态内存管理

整数型和数组型这些开辟空间都是固定的，有点浪费或者不够用，这时候就要用动态内存开辟。

二、动态内存管理函数的介绍

2.1 malloc和free

m是指内存，alloc是指分配

void* malloc (size_t size);

• malloc函数向内存分配一片连续可用的空间，并返回这片空间的指针。
• 如果开辟失败返回NULL，因此返回值要检查。

if (ptr == NULL)
    {
        perror("malloc");
        return 1；
    }

• 返回类型是void*，所以使用时再决定。
• 如果size是0，malloc的行为是C语言未定义的，取决于编译器

c语言中提供了free，用于动态内存分配的回收和释放,原型如下：

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。

malloc和free都声明在 stdlib.h 头文件中。

malloc申请空间，不需要用了free来释放。当我们不释放动态申请的内存时，程序结束时由操作系统自动回收，如果程序不结束，动态内存是不会自动回收的，会造成内存泄漏的问题。

例子：

#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；
 }
 }
 //释放ptr所指向的动态内存
 free(ptr);
 ptr = NULL;//是否有必要？，释放后，空间还给操作系统，ptr就是野指针，后面如果用了就很危险,所以要赋值null
 return 0;
}

2.2 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。

举个例子：

int *p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
if(NULL != p)
 {
    perror("calloc");
    return 1；
 }

所以如何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。

2.3 realloc

re 重复 alloc分配,重新已分配的动态内存空间，大了改小，小了改大。

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

• ptr 是要调整的内存地址（如果ptr是NULL，那么realloc(NULL,20)等价于malloc(20)，size 调整之后新大小。
• 返回值为调整之后的内存起始位置。
• 1、增加空间时，如果空间足够，原数据不变，追加空间，返回原地址。

2、空间不够时，在堆区找新空间，原数据迁移过去并追加新空间，返回新地址。

3、找不到新空间，返回NULL，此时代码需要注意，要防止原地址丢失，看下述代码2，

#include <stdio.h>
int main()
{
 int *ptr = (int*)malloc(100);
 if(ptr != NULL)
 {
     //业务处理
 }
 else
 {
     exit(EXIT_FAILURE);    
 }
 //扩展容量
 //代码1
 ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//这样可以吗？(如果申请失败会如何？)
 
 //代码2
 int*p = NULL;
 p = realloc(ptr, 1000);
 if(p != NULL)
 {
 ptr = p;
 }
 //业务处理
 free(ptr);
 return 0;
}

三、常见的动态内存错误

3.1对NULL指针的解引用操作

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);
}

//解决办法:对malloc返回先判断是否空指针，再解引用
if（p==NULL）
{
    perror(malloc);
    return 1;
}

3.2对动态开辟空间的越界访问

使用malloc这些函数开辟的空间，你使用指针时超过这些空间的位置使用就会越界，像数组越界一样。

解决方法：写代码时检查好边界问题

3.3对非动态开辟内存free释放

free只能释放动态内存分配内存。

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

3.4使用free释放一块动态开辟内存的一部份

free必须释放起始地址的内存，不能从一半那里开始free，必须记住起始地址，否则不能释放就内存泄露了。

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

3.5对同一块动态内存释放多次

void test()
{
 int *p = (int *)malloc(100);
 free(p);
 free(p);//重复释放了，第一次释放后，空间就还给系统了，再次释放就不是动态内存的空间，free只能释放动态内存的空间，强行使用就会奔溃
}

3.6对动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

//例子1
void test()
{
 int *p = (int *)malloc(100);//p时局部变量用完销毁，没办法释放了
 if(NULL != p)
 {
 *p = 20;
 }
}
int main()
{
 test();
 while(1);
}

//例子2
void test()int *p = (int*)malloc(1000);
{
    if(1)
    return 1;//还没free就返回了

    free(p);
    p=NULL;
}

动态内存分配最起码要malloc和free成对使用，但是即使成对使用也有可能没有free。

四、C/C++程序的内存开辟

C/C++程序内存分配的几个区域：

1. 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。

2. 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。

3. 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。
4. 代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码。

有了这幅图，我们就可以更好的理解static关键字修饰局部变量了。

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。