1. 摘要

本文主要詳解C語(yǔ)言中的動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配

2. 為什么存在動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理

我們先來(lái)看一段變量的聲明：

double x = 1.000000;
char str[] = "abcdef";

好的，上述變量的聲明有何特點(diǎn)呢？

請(qǐng)思考一下，我的朋友。

對(duì)，沒(méi)錯(cuò)，不管是雙精度浮點(diǎn)數(shù) x 還是字符數(shù)組str，它們都是臨時(shí)變量，所以當(dāng)我們?yōu)槠溟_(kāi)辟內(nèi)存的時(shí)候，都是在棧區(qū)上進(jìn)行的。那么既然是在棧區(qū)上進(jìn)行開(kāi)辟的，那么對(duì)應(yīng)的就被稱為自動(dòng)變量，也叫局部作用變量，特點(diǎn)是進(jìn)入作用域，系統(tǒng)為這個(gè)變量自動(dòng)分配內(nèi)存空間；離開(kāi)作用域時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)為其銷毀內(nèi)存空間。

還有什么特點(diǎn)？

太棒了，就是如你所說(shuō)的那樣，無(wú)論是x還是str，它們所占的內(nèi)存大小都是由系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行分配的，double為8個(gè)byte，str數(shù)組為7個(gè)byte（包含‘\0'）。而且對(duì)于數(shù)組而言，我們?cè)诼暶鲿r(shí)就必須指定它的大??；創(chuàng)建局部作用變量之后，我們?nèi)藶榫蜔o(wú)法改變它們的大小了。

那么你先在應(yīng)該已經(jīng)悟出了為什么會(huì)存在動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配這一操作了吧，我的朋友。

有的時(shí)候，只有當(dāng)程序運(yùn)行的時(shí)候，我們才能知道我們需要開(kāi)辟多大的內(nèi)存空間，而事先無(wú)法知曉。那就試試動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配吧。

別擔(dān)心，我來(lái)教你。

3. 動(dòng)態(tài)內(nèi)存函數(shù)

函數(shù)是C語(yǔ)言的基本單元，為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配，我們就需要調(diào)用C語(yǔ)言庫(kù)中的動(dòng)態(tài)內(nèi)存函數(shù)。

動(dòng)態(tài)內(nèi)存函數(shù)能為我們?cè)?strong>堆區(qū)開(kāi)辟內(nèi)存。

所引用的頭文件為 <stdlib.h>

3.1 malloc

void *malloc( size_t size );

malloc函數(shù)的功能就是在靜態(tài)區(qū)分配一塊內(nèi)存塊給我們的程序

參數(shù)：內(nèi)存大小（字節(jié)）

返回值：

開(kāi)辟成功，返回指向開(kāi)辟好的內(nèi)存空間的指針，類型為void*，使用者根據(jù)實(shí)際情況，能在使用時(shí)將其強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換成任意類型的指針開(kāi)辟失敗，返回空指針NULL，因此使用malloc時(shí)，一定要對(duì)返回值進(jìn)行檢查如果size是0，這是C標(biāo)準(zhǔn)未定義的，取決于編譯器

3.2 free

void free( void *memblock );

free用來(lái)釋放動(dòng)態(tài)開(kāi)辟的內(nèi)存

• 如果memblock指針指向的空間不是動(dòng)態(tài)內(nèi)存開(kāi)辟的，這是未定義的
• 如果memblock指針是NULL，則free什么事也不會(huì)做

例如，我們想動(dòng)態(tài)開(kāi)辟一塊10個(gè)int類型大小的空間，因該遵循以下流程：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if(p != NULL)
	{
		//...你的操作...
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

3.3 calloc

void *calloc( size_t num, size_t size );

calloc函數(shù)也是用來(lái)動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存的，但與malloc存在兩大區(qū)別：

• 參數(shù)：需要傳入兩個(gè)參數(shù)，第一個(gè)參數(shù)為開(kāi)辟內(nèi)存單元的個(gè)數(shù)，第二個(gè)參數(shù)為每個(gè)內(nèi)存單元的大小
• calloc在返回地址前把申請(qǐng)到的所有內(nèi)存空間的每個(gè)字節(jié)初始化為0，而malloc沒(méi)有這步初始化操作

那讓我們來(lái)看一下calloc的初始化，對(duì)以下代碼進(jìn)行調(diào)試：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (p != NULL)
	{
		;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

調(diào)試結(jié)果如圖一：

可見(jiàn)，40個(gè)字節(jié)的值被初始化成了0

3.4 realloc

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

動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的一大特點(diǎn)就是，能在內(nèi)存不夠用，或者內(nèi)存開(kāi)辟得太大的時(shí)候，對(duì)于開(kāi)辟內(nèi)存的大小進(jìn)行靈活的調(diào)整，即對(duì)于一個(gè)指針指向的內(nèi)存進(jìn)行重新的分配

參數(shù)：

• memblock是要調(diào)整的內(nèi)存的地址
• size是調(diào)整之后的內(nèi)存的大?。╞yte）

返回值：

• 調(diào)整后指向新的內(nèi)存的地址的指針
• realloc在調(diào)整內(nèi)存的基礎(chǔ)上，會(huì)將原來(lái)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)遷移到新的內(nèi)存上
• 如果調(diào)整失敗或者size=0且memblock不為NULL，返回NULL

realloc調(diào)整內(nèi)存有2種情況：

• 情況一：原有空間之后有足夠大的空間
• 情況二：原有空間之后沒(méi)有足夠大的空間

那么realloc是怎么處理這兩種情況的呢？請(qǐng)看圖二：

情況一：要拓展內(nèi)存，直接在原有內(nèi)存后面追加空間，原來(lái)的數(shù)據(jù)不發(fā)生改變
情況二：原有內(nèi)存后面沒(méi)有足夠的空間，拓展方法是：指針指向一塊新的足夠大的內(nèi)存空間，并將原來(lái)的數(shù)據(jù)復(fù)制到這塊空間上去。這樣返回的就是一個(gè)新的地址。

總結(jié)：所以在使用realloc的時(shí)候，建議用一個(gè)臨時(shí)指針tmpptr來(lái)接收realloc的返回值，如果tmpptr不為NULL，那么就可以安心地用ptr去接收tmpptr了

4. 常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)內(nèi)存錯(cuò)誤

對(duì)NULL的解引用操作

void test()
{
	int* ptr = (int*)malloc(100);
	//如果此時(shí)開(kāi)辟失敗，ptr為NULL
	*ptr = 4;
	free(ptr);
}

對(duì)動(dòng)態(tài)開(kāi)辟空間的越界訪問(wèn)

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;//當(dāng)i是10的時(shí)候越界訪問(wèn) 
	} 
	free(p);
	p = NULL;
}

對(duì)非動(dòng)態(tài)內(nèi)存開(kāi)辟的空間free

void test()
{
	int a = 0;
	int* pa = &a;
	free(a);
}

使用free釋放一塊動(dòng)態(tài)開(kāi)辟內(nèi)存的一部分

void test()
{
	int* ptr = (int*)malloc(100);
	ptr++;
	free(ptr);
}

對(duì)同一塊空間多次free

void test()
{
	int* ptr = (int*)malloc(100);
	free(ptr);
	free(ptr);
}

5. 幾個(gè)經(jīng)典筆試題

題目一：

void GetMemory(char* p) 
{
	p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(str);
	strcpy(str, "hello world");
	printf(str);
}
//請(qǐng)問(wèn)運(yùn)行Test 函數(shù)會(huì)有什么樣的結(jié)果？

題目二：

char* GetMemory(void) 
{
	char p[] = "hello world"; 
	return p;
}
void Test(void) {
	char* str = NULL; 
	str = GetMemory(); 
	printf(str);
}
//請(qǐng)問(wèn)運(yùn)行Test 函數(shù)會(huì)有什么樣的結(jié)果？

題目三：

void GetMemory(char** p, int num)
{
	*p = (char*)malloc(num);
}
void Test(void) 
{
	char* str = NULL; 
	GetMemory(&str, 100);
	strcpy(str, "hello");
	printf(str);
}
//請(qǐng)問(wèn)運(yùn)行Test 函數(shù)會(huì)有什么樣的結(jié)果？

題目四：

void Test(void)
{
	char* str = (char*)malloc(100);
	strcpy(str, "hello"); 
	free(str);
	if (str != NULL)
	{
		strcpy(str, "world");
		printf(str);
	}
}
//請(qǐng)問(wèn)運(yùn)行Test 函數(shù)會(huì)有什么樣的結(jié)果？

參考答案

題目一：

GetMemory函數(shù)傳參為值傳遞，Test函數(shù)中的str依舊為NULL，無(wú)法向NULL地址處拷貝字符串，printf也無(wú)法打印

malloc后未free

題目二：

數(shù)組p在棧區(qū)上創(chuàng)建，出了GetMemory函數(shù)p就銷毀，str其實(shí)就成了野指針

題目三：

malloc后未free，str未置成NULL

題目四：

str動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存已經(jīng)被釋放了，但下面還敢繼續(xù)使用str，這是一個(gè)野指針問(wèn)題

6. 參考文獻(xiàn)

1.《C Primer Plus》第6版 p396 - 401

到此這篇關(guān)于C語(yǔ)言動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理的實(shí)現(xiàn)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C語(yǔ)言動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！