动态内存管理---＞（经典入手版详解）

友友们有时候在开辟内存的时候，所需要的空间大小不太好确定，只有在程序运行的时候才能知道，这时候我们就要尝试一下动态内存开辟空间了，下面来和阿博一起了解并掌握它吧🤗🤗🤗

1.为什么存在动态内存分配

2.动态内存函数的介绍

2.1malloc和free

2.2calloc

2.3realloc

3.常见的动态内存错误

3.1对NULL指针的解引用操作

3.2对动态开辟空间的越界访问

3.3对非动态开辟内存使用free释放

3.4使用free释放一块动态开辟内存的一部分

3.5对同一块动态内存多次释放

3.6动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

4.详解几个经典的笔试题

5. C/C++程序的内存开辟

6.柔性数组

6.1 柔性数组的特点

6.2柔性数组的使用

6.3柔性数组的优势

1.为什么存在动态内存分配

首先友友们我们掌握的内存开辟方式有：
1.int val = 20; //在栈空间上开辟四个字节
2.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：
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
但是我们对于空间的需求，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内存开辟了

2.动态内存函数的介绍

2.1 malloc和free

这里阿博先给友友们画个内存图感观一下

代码解析

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int  main()
{int* p = (int*)malloc(20);    //申请if (p == NULL){perror("malloc");return;}//开辟成功，使用free(p);    //释放p = NULL;return  0;
}

常见误区
1.malloc申请空间过大

2.释放空间后没有置空

使用细节注意

1.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，我们肯定不能对空指针进行操作，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.free之后这块地址并没有置空，只是我们不用了，还给操作系统了，它已经不属于我们了，如果后面被继续使用的话，就会形成非法访问，就变成野指针了
5.free函数是专门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

2.2 calloc

代码解析

int  main()
{int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));if (p == NULL){perror("calloc");return;}//使用int  i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", p[i]);}free(p);p = NULL;return  0;
}

2.3 realloc

代码解析

int  main()
{int* p = (int*)malloc(20);if (p == NULL){perror("malloc");return;}int  i = 0;for (i = 0; i < 5; i++){p[i] = i + 1;}//int* p = realloc(p, 40);      这里不能用p接收，如果realloc开辟失败，则返回空指针，在赋给p的时候，之前申请开辟的20个字节的空间也找不到了int* ptr = realloc(p, 40);if (ptr != NULL){p = ptr;int i = 0;for (i = 5; i < 10; i++){p[i] = i + 1;}for (i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", p[i]);}}else{perror("realloc");return;}free(p);p = NULL;return  0;
}

其实realloc也可以像malloc一样申请空间的

代码解析

int  main()
{realloc(NULL, 20);  //malloc(20);return  0;
}

这里阿博带友友们进入realloc内部的工作原理中一探究竟😜😜

3.常见的动态内存错误

3.1对NULL指针的解引用操作

int  main()
{int* p = (int*)malloc(20);int i = 0;for (i = 0; i < 5; i++){p[i] = i + 1;}free(p);p = NULL;return  0;
}

malloc有可能开辟内存失败，这时候就返回了空指针，我们用p接收，然后p[i]就等价于*（p+i）,我们对空指针进行了解引用操作，程序就会报错

3.2对动态开辟空间的越界访问

int  main()
{int* p = (int*)malloc(20);if (p == NULL){perror("malloc");return;}int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){p[i] = i + 1;}free(p);p = NULL;return  0;
}

这里我们申请了20个字节大小的内存，相当于5个整形，而我们进行访问的时候，我们访问了10个整形，这里就会形成越界访问

3.3 对非动态开辟内存使用free释放

int  main()
{int arr[10] = { 1,2,3,4,5 };int* p = arr;free(p);p = NULL;return  0;
}

这里我们并没有进行动态开辟内存，这块空间在栈区上，根本就不在堆区上，而free是专门释放动态开辟内存的空间，这时候我们释放p程序就会崩溃

3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

int  main()
{int* p = (int*)malloc(40);if (p == NULL){perror("malloc");return;}int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){*p = i + 1;p++;}free(p);p = NULL;return  0;
}

3.5对同一块动态内存多次释放

int  main()
{int* p = (int*)malloc(20);if (p == NULL){perror("malloc");return;}free(p);//p = NULL;free(p);p = NULL;return  0;
}

这里就是我们已经释放过一次了，再次进行释放，程序就会报错，解决方法是当我们释放之后，及时置空，这样下次即使再次释放，因为它是空指针，所以再次释放什么也不会发生

3.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

void  Test()
{int* p = (int*)malloc(20);
}
int main()
{Test();return  0;
}

这里我们动态开辟完之后，忘记释放，就会出现内存泄露
堆区上的内存空间释放方式：
1.通过free函数进行释放
2.程序结束之后被操作系统回收

4.几个经典的笔试题

题目一：

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;
}

改进方案一 (返回p的地址）

char* GetMemory()
{char*p = (char*)malloc(100);return  p;
}
void Test(void)
{char* str = NULL;str=GetMemory();strcpy(str, "hello world");printf(str);free(str);str = NULL;
}
int main()
{Test();return  0;
}

改进方案二（传str的地址）

void GetMemory(char**p)
{*p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{char* str = NULL;GetMemory(&str);strcpy(str, "hello world");printf(str);free(str);str = NULL;
}
int main()
{Test();return  0;
}

printf使用误区

题目二

char* GetMemory(void)
{char p[] = "hello world";return p;
}
void Test(void)
{char* str = NULL;str = GetMemory();printf(str);
}
int  main()
{Test();return  0;
}

误区解析

int* test()
{int a = 10;return &a;
}
int main()
{int* p = test();printf("%d\\n", *p);return  0;
}

这里可能就会有友友产生疑问，a的地址出了函数不是被操作系统回收了吗，但是我们为什么还可以找到它呢，这里阿博用栈帧的知识给友友们说一下😊😊😊

代码证明

int* test()
{int a = 10;return &a;
}
int main()
{int* p = test();printf("%s\\n","hehe");printf("%d\\n", *p);return  0;
}

题目三：

void GetMemory(char** p, int num)
{*p = (char*)malloc(num);
}
void Test(void)
{char* str = NULL;GetMemory(&str, 100);strcpy(str, "hello");printf(str);
}
int  main()
{Test();return  0;
}

这里就是没有判断开辟失败返回空指针而且开辟内存之后没有释放

题目四：

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

这个就是我们free完之后，没有置空，当再拷贝world放到str里面时，str已经不属于我们了，这个时候就会造成非法访问，它就是个野指针.

5.C/C++程序的内存开辟

这里阿博给友友们整理一下，需要的友友们可以自取哦🐻🐻🐻

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。

6.柔性数组

6.1柔性数组的特点

1.C99 中，结构体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。
2.结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。
3.sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。
4.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。

代码解析

struct s
{int n;char c;int arr[];  //int arr[0];  没有指定大小，就是柔性数组成员
};
int main()
{printf("%d\\n",sizeof(struct s));return  0;
}

6.2柔性数组的使用

代码解析

struct s
{int n;char c;int arr[];  //int arr[0];  没有指定大小，就是柔性数组成员
};
int main()
{struct s* ps = (struct s*)malloc(sizeof(struct s) + 10 * sizeof(int));if (ps == NULL){perror("malloc");return;}ps->n = 100;ps->c = 'w';int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){ps->arr[i] = i;}for (i = 0; i < 10; i++){printf("%d\\n", ps->arr[i]);}//调整arr数组的大小struct  s* ptr = (struct s*)realloc(ps, sizeof(struct s) + 20 * sizeof(int));if (ptr == NULL){perror("realloc");return;}else{ps = ptr;}free(ps);ps = NULL;return  0;
}

因为这块空间是malloc动态开辟的，所以我们可以用realloc来调整数组的大小，这就是柔性数组柔性的体现.

6.3柔性数组的优势

指针模拟实现柔性数组功能

struct s
{int n;char c;int *arr;  //模拟实现柔性数组的功能
};
int main()
{struct s* ps = (struct s*)malloc(sizeof(struct s));if (ps == NULL){perror("malloc");return;}int* ptr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));if (ptr == NULL){perror("malloc");}else{ps = ptr;}ps->n = 100;ps->c = 'w';int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){ps->arr[i] = i;}for (i = 0; i < 10; i++){printf("%d\\n", ps->arr[i]);}//调整arr数组的大小ptr = (struct s*)realloc(ps->arr,  20 * sizeof(int));if (ptr == NULL){perror("realloc");return;}else{ps->arr = ptr;}free(ps->arr);ps->arr = NULL;free(ps);ps = NULL;return  0;
}

友友们，注意当我们使用指针模拟柔性数组时，我们需要malloc两次，因为指针变量在结构体中，第一次malloc我们拿到指针，第二次malloc我们才能对指针进行malloc，而柔性数组的内存不在结构体中，所以一次malloc就可以解决.
柔性数组的优势：
1.malloc次数少，容易维护空间，不易出错
2.malloc次数少，减少了内存碎片，提高了内存利用率