文章目录
- 一、动态内存分配
- 二、关于动态内存开辟的函数
- 1、malloc
- 2、free
- 3、calloc
- 4、realloc
- 三、常见的动态内存的错误
- 1、对NULL指针的解引用操作
- 2、对动态开辟空间的越界访问
- 3、对非动态开辟内存使用free释放
- 4、释放free释放一块动态开辟的内存的一部分
- 5、对同一块动态内存多次释放
- 6、动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
- 四、柔性数组
- 1、柔性数组的特点
- 五、C/C++中程序内存的区域划分
一、动态内存分配
内存分为栈区、堆区和静态区
- 一般我们的变量都是开辟在栈区上的，在函数调用时会开辟栈空间，结束是自动返回栈空间
- 用static修饰的变量是存放在静态区的
- 而对应堆区就是程序员字节分配的空间所以叫动态内存分配，程序不会自己返回这份空间，需要程序员自己返回
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。
二、关于动态内存开辟的函数
动态内存开辟的函数需要引入头文件<stdlib.h>
关于动态内存相关函数如下：
- 1.malloc
- 2.free
- 3.calloc
- 4.realloc
1、malloc
C语言提供了一个动态内存开辟的函数：
void* malloc (size_t size);
这个函数可以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，这个指针指向这个空间的起始位置。
- 如果开辟失败，则返回一个NULL的空指针，因此malloc的返回值一定要做检查，防止对空指针解引用使程序崩溃。
- 返回值的类型是void*，所以malloc函数并不知道开辟空间的类型，在赋值给变量需要考虑类型问题，配合强制类型转换使用。
- 如果参数size为0，malloc的行为是标准未定义的，取决于编译器。
2、free
C语言提供了另外一个函数free，专门是用来做动态内存的释放和回收的，函数原型如下：
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，那么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。
举例：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
//开辟10个整形的空间
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
//判断是否开辟成功
if (p == NULL)
{
//失败就打印错误信息
perror("malloc");
return 1;
}
//使用空间
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
//个十个空间赋值1~10的值
*(p + i) = i + 1;
}
//打印
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", *(p + i));
}
//释放空间
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
3、calloc
C语言还提供了一个函数叫calloc，calloc函数也是用来开辟动态内存空间的。原型如下：
void* calloc (size_t num, size_t size);
- 函数的功能是开辟num个大小为size个字节的空间，并且把空间的每个字节的初始化为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每个字节初始化为0。
举例：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
//开辟10个整形的空间
int* p = (int*)calloc(10,sizeof(int));
//判断是否开辟成功
if (p == NULL)
{
//失败就打印错误信息
perror("calloc");
return 1;
}
//使用空间
int i = 0;
//打印
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", *(p + i));
}
//释放空间
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
运行结果：
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。
4、realloc
用来调整动态内存空间
- realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。
- 有时我们会发现过去申请的空间太小了，有时候我们又会觉得申请的空间过大了，那为了合理的使用内存，我们一定会对内存的大小做灵活的调整。那realloc函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整。
函数原型如下：
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
- 返回值为调整之后内存起始位置。
- 这个函数调整原空间大小的基础，还会将原来内存的数据移动到新的空间。
- realloc在调整内存空间的时候存在两种情况：
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，要扩展内存就直接在原有内存之后追加空间，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，会在堆上找一块足够大的新的连续空间来使用。原空间释放掉，返回新空间的地址。
举例：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
//开辟10个整形的空间
int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
//判断是否开辟成功
if (p == NULL)
{
//失败就打印错误信息
perror("calloc");
return 1;
}
//使用空间
int i = 0;
printf("调整前\n");
//打印
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", *(p + i));
}
//调整空间可以存放20个整形的空间
printf("\n调整后\n");
int* tmp = (int*)realloc(p, 20 * sizeof(int));
if (tmp == NULL)
{
perror("realloc");
return 1;
}
p = tmp;
tmp = NULL;
for (i = 0; i < 20; i++)
{
printf("%d ", *(p + i));
}
//释放空间
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
运行结果：
三、常见的动态内存的错误
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);
}
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);
}
3、对非动态开辟内存使用free释放
void test()
{
int a = 10;
int *p = &a;
free(p);//ok?
}
4、释放free释放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
}
5、对同一块动态内存多次释放
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
free(p);
free(p);//重复释放
}
6、动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
if(NULL != p)
{
*p = 20;
}
}
int main()
{
test();
while(1);
}
四、柔性数组
1、柔性数组的特点
- 结构体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。
- 包含柔性数组的成员的结构体用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小，以柔性数组的预期大小。
例如：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
struct S
{
int n;
int a[];
};
int main()
{
struct S* p = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 10 * sizeof(int));
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
//使用
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
p->a[i] = i + 1;
}
//释放
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
这样的柔性数组相当于获得了十个整形空间
五、C/C++中程序内存的区域划分
图片来源于：比特就业课官网链接：https://www.bitejiuyeke.com
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。
