C语言动态内存管理

news/2024/4/27 14:37:16

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目录

一.为什么要存在动态内存分配

二.动态内存函数

1.malloc和free

2.calloc

3.realloc

三.常见的动态内存错误

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.使用free释放一块动态开辟内存的一部分

5.对同一块动态内存多次释放

6.动态开辟内存忘记释放(内存泄露)

四.柔性数组

1.柔性数组的特点：

2.柔性数组的使用

3.柔性数组的优势

C/C++程序的内存开辟

 

0基础小白学C语言看这一篇就够了(C语言详讲)-CSDN博客https://blog.csdn.net/lh11223326/article/details/136971590?spm=1001.2014.3001.5501

一.为什么要存在动态内存分配

如下是之前常见的内存开辟方式:

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

但上述开辟的空间有两个特点：

  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。

对于空间的需求，不仅仅是上述的情况，有时候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。这时候只能试试动态开辟了。

 

二.动态内存函数

1.malloc和free

C语言提供了一种动态内存开辟的函数：

void *malloc(size_t size);

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。
  • 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。
  • 如果参数size为(),malloc的行为是标准是未定义的，取决于编译器。

C语言提供了另外一个函数free，专门是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。如下:

#include<stdio.h>
int main(){//代码1int num=0;scanf("%d",&num);//int arr[num]={0};//代码2int *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;}}free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存ptr=NULL;//是否有必要return 0;
}

 

2.calloc

C语言还提供了一个函数叫calloc，calloc函数也用来动态内存分配，原型如下:

void*calloc(size_t num,size_t size);
  • 函数的功能是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*p=(int*)calloc(10,sizeof(int));if(NULL!=p){//使用空间}free(p);p=NULL;return 0;
}

申请的内存空间的内容要求初始化，那么可以使用calloc函数。

 

3.realloc

  • realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。
  • 有时候申请的空间太小了，有时候申请的空间太大了，为了合理的时候内存，要对内存的大小灵活的调整，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:
  • 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:
  • 1.原有空间之后又足够大的空间：
  • 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。
  • 2.原有空间之后没有足够大的空间：
  • 原有空间之后没有足够多的空间时，扩展的方法是，在堆空间上另外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。551690a2f5564dd094944e4411fb0159.png
  • 因为上述两个情况使用realloc函数就需要注意:
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main() {int* ptr = (int*)malloc(100);if (ptr != NULL) {//业务}else {exit(EXIT_FAILURE);}//扩展容量//代码1ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//代码2int* 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

1.对NULL指针的解引用操作

void test() {int* p = (int*)malloc(INI_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);
}

4.使用free释放一块动态开辟内存的一部分

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(内存泄露)

忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄露。

void test(){int*p=(int*)malloc(100);if(NULL!=p){*p=20;}
}
int main(){test();while(1);}

 

 

四.柔性数组

柔性数组(flexible array)这个概念，他是存在的，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【柔性数组】成员，如

typedef struct st_type{int i;int a[];//柔性成员
}type_a;

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，并且分配的内存大小应该大于结构的大小，以适应柔性数组的预期大小。

如:

//code1
typedef struct st_type{int i;int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
printf("%d\n",sizeof(type_a));//输出的是4

2.柔性数组的使用

//代码1
int i = 0;
type_a* p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a) + 100 * sizeof(int));
//业务处理
p->i = 100;
for (i = 0; i < 100; i++)
{p->a[i] = i;
}
free(p);

这样柔性数组相当于获得了100个正行元素的连续空间。

3.柔性数组的优势

上述的type_a结构也可以设计为:

//代码2
typedef struct st_type
{int i;int* p_a;
}type_a;
type_a* p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a));
p->i = 100;
p->p_a = (int*)malloc(p->i * sizeof(int));
//业务处理
for (i = 0; i < 100; i++)
{p->p_a[i] = i;
}
//释放空间
free(p->p_a);
p->p_a = NULL;
free(p);
p = NULL;

上述代码1和代码2可以完成同样的功能，但是方法1的实现有两个好处:

方便内存释放:

如果代码是在给别人用的函数中，在里面做了二次内存分配，并把真个结构体返回给用户，用户调用free可以释放结构体，但是用户不知道这个结构体内的成员需要free，所以不能指望他发现这件事，所以，我们把结构体的内存以及其成员的内存一次性分配好，并返回给用户一个结构体指针，用户做一次free就可以把所有内存给释放掉。

有利于访问速度:

连续的内存有益于提高访问速度，也有利于减少内存碎片。

 

扩展：

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。

 

下篇建议

C语言结构体,联合体,枚举类型-CSDN博客https://blog.csdn.net/lh11223326/article/details/136221733?spm=1001.2014.3001.5501

 

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