深度解析动态分配内存管理
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一. 前言
二.正文
2.0 计算机中的内存
2.1 动态申请函数头文件
2.2 malloc函数
2.3 free函数
2.3 calloc函数
2.4 realloc函数
2.5 经典笔试题
1.
2.
2.6 柔性数组
三.结语
一. 前言
本小节跟大家分享动态内存管理的知识，希望能给大家带来些收获。
二.正文
2.0 计算机中的内存
我们知道目前内存有，栈区，堆区，静态区。
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（操作系统）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。
目前我们有这些开辟内存空间的方法：
int h = 100; // 在静态区创建全局变量int main(){static z = 10; // 变量储存在静态区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return 0;}
但是上述的开辟空间的方式有两个特点：
1. 空间开辟大小是固定的。2. 数组在申明的时候， 必须 指定数组的长度，它所需要的内存在编译时分配。
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。 这时候就只能试试动态存开辟了。
2.1 动态申请函数——头文件
#include<stdlib.h>
2.2 malloc函数
void* malloc ( size_t size ); // szie 字节数的意思，可以直接填数字
C 语言提供了一个动态内存开辟的函数：
这个函数向内存堆区申请一块 连续可用 的随机空间，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。
- malloc可以申请0字节的空间，会返回一个没有空间的指针，不能访问。
- 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。
- 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。
运用：
int * a = (int *)malloc(4); // 4可以改成 sizeof(int)
if (a == NULL)
{perror("malloc"); // 开辟失败打印原因
}2.3 free函数
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。
- 当我们不释放动态申请的内存时，如果持续申请内存，那么电脑内存不断变少，没有内存时就会死鸡，当程序结束时，操作系统自动回收内存。
- 如果程序不结束，那么不回收的内存，会越来越多，这就是出现内存泄露问题。
2.3 calloc函数
void* calloc ( size_t num , size_t size );
参数解析：
- num: 创建数据类型的个数。
- size: 每个数据类型所占的字节数。
特点：
- 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。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{int* a = (int*)malloc(8); // 2个整型int* b = (int*)calloc(2,sizeof(int)); // sizeof(int) 可以是 4，反正表示字节数return 0;
}查看内存验证：
2.4 realloc函数——调整空间函数
void* realloc ( void* ptr , size_t size );
参数解析：
- ptr ：是要调整的内存地址。（如果为空指针，那么同malloc功能类似。）
- size ：调整之后新大小
- 返回值 ： 为调整之后的内存起始位置。
realloc 函数的出现让动态内存管理更加灵活。 有时会我们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。
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：
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
看以下代码，思考代码那里不合理：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{int a = 10;int* p = &a;p = (int*)realloc(p, sizeof(int));printf("%d", *p);return 0;
}我们可以看出，这里没有判断realloc是否成功，如果申请失败，返回NULL，那么p就会丢掉原有的地址，这是不合理的，因此我们需要进行判断，所以正确的代码是：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{int a = 10;int* p = &a;int *tmp= (int*)realloc(p, sizeof(int));if (tmp == NULL){perror("realloc");return -1;// 或者exit(-1);}p = tmp;printf("%d", *p);return 0;
}2.5 经典笔试题
1.
思考：程序结果
char* GetMemory(void)
{char p[] = "hello world"; // 栈区开辟，函数结束内存收回return p;
}
void Test(void)
{char* str = NULL;str = GetMemory(); // 非法访问。访问被系统收回的内存printf(str); // 无法打印，已被覆盖
}int main()
{Test();return 0;
}2.
程序中存在的问题
void Test(void)
{char* str = (char*)malloc(100); // 缺少对malloc返回值检查/*加上：if(str == null){perror("malloc");exit(-1);}*/strcpy(str, "hello");free(str); // 加上 str = null;if (str != NULL) // str还存有原先内存的地址，出现野指针 {strcpy(str, "world");printf(str);}
}int main()
{Test();return 0;
}2.6 柔性数组
也许你从来没有听说过 柔性数组（ flflexible array ） 这个概念，但是它确实是存在的。 C99 中，结构中的最 后一个元素允许是未知大小的数组，这就叫做『柔性数组』成员。
例如：
typedef struct st_type{int i ;int a []; // 柔性数组成员} type_a ;
特点：
- 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。
例如：
typedef struct mystruct
{double a;int c[];
}MS;int main()
{printf("%d\\n", sizeof(MS)); // 8return 0;
}- 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。
例如：
代码1
typedef struct mystruct
{double a;int c[];
}MS;int main()
{MS * p1 = (MS* )malloc(sizeof(MS) + 40); // 那就是48个字节，40就是对柔性数组申请的 //预期空间return 0;
}
也可以这样：
代码2
typedef struct mystruct
{double a;int *c;
}MS;
int main()
{MS * p1 = (MS* )malloc(sizeof(MS)); if (p1 == NULL)
{perror ( "malloc");exit(-1);
}p1->c = (int *)realloc(c, 40);return 0;
}
代码1相较于代码2的优势：
- 方便释放内存。代码2需要2次释放内存。
- 有利于提高数据命中率，提升运行效率，减少内存碎片。
三.结语
本小节就到这里了，感谢小伙伴的浏览，如果有什么建议，欢迎在评论区评论，如果给小伙伴带来一些收获请留下你的小赞，你的点赞和关注将会成为博主创作的动力。
