C語言深入細致講解動態(tài)內存管理
為什么存在動態(tài)內存管理
我們已經掌握的內存開辟方式有：
int val = 20;//在棧空間上開辟四個字節(jié)
char arr[10] = { 0 };//在?？臻g上開辟10個字節(jié)的連續(xù)空間
但是上述的開辟空間的方式有兩個特點：
1. 空間開辟大小是固定的。
2. 數組在申明的時候，必須指定數組的長度，它所需要的內存在編譯時分配。 但是對于空間的需求，不僅僅是上述的情況。有時候我們需要的空間大小在程序運行的時候才能知道， 那數組的編譯時開辟空間的方式就不能滿足了。 這時候就只能試試動態(tài)存開辟了。
動態(tài)內存函數的介紹
malloc
C語言提供了一個動態(tài)內存開辟的函數：
void* malloc(size_t size);
這個函數向內存申請一塊連續(xù)可用的空間，并返回指向這塊空間的指針。
如果開辟成功，則返回一個指向開辟好空間的指針。 如果開辟失敗，則返回一個NULL指針，因此malloc的返回值一定要做檢查。 返回值的類型是 void* ，所以malloc函數并不知道開辟空間的類型，具體在使用的時候使用者自己 來決定。 如果參數 size 為0，malloc的行為是標準是未定義的，取決于編譯器。
free
講完了malloc這個動態(tài)內存函數我們就得來講講另一個動態(tài)內存函數free，C語言提供的另外一個函數free，專門是用來做動態(tài)內存的釋放和回收的，函數原型如下：
void free (void* ptr);
free函數用來釋放動態(tài)開辟的內存。 如果參數 ptr 指向的空間不是動態(tài)開辟的，那free函數的行為是未定義的。 如果參數 ptr 是NULL指針，則函數什么事都不做。 malloc和free都聲明在 stdlib.h 頭文件中。
舉個例子來看看這兩個函數怎么用：
#include <stdio.h>
int main()
{
int num = 0;
scanf("%d", &num);
int arr[num] = { 0 };
int* ptr = NULL;
ptr = (int*)malloc(num * sizeof(int));
if (NULL != ptr)
{
int i = 0;
for (i = 0; i < num; i++)
{
*(ptr + i) = 0；
}
}
free(ptr);
ptr = NULL;
return 0;
}
calloc
除了malloc這個函數，C語言還提供了一個函數叫 calloc ， calloc 函數也用來動態(tài)內存分配。原型如下：
void* calloc (size_t num, size_t size);
該函數的功能是為 num 個大小為 size 的元素開辟一塊空間，并且把空間的每個字節(jié)初始化為0。
與函數 malloc 的區(qū)別只在于 calloc 會在返回地址之前把申請的空間的每個字節(jié)初始化為全0。
舉個例子：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
if (NULL != p)
{
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", *(p + i));
}
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
總結：所以如何我們對申請的內存空間的內容要求初始化，那么可以很方便的使用calloc函數來完成任務。
realloc
realloc函數的出現讓動態(tài)內存管理更加靈活。 有時會我們發(fā)現過去申請的空間太小了，有時候我們又會覺得申請的空間過大了，那為了合理的時 候內存，我們一定會對內存的大小做靈活的調整。那 realloc 函數就可以做到對動態(tài)開辟內存大小 的調整。 函數原型如下：
void* realloc (void* ptr, size_t size);
ptr 是要調整的內存地址
size 調整之后新大小
返回值為調整之后的內存起始位置。
這個函數調整原內存空間大小的基礎上，還會將原來內存中的數據移動到 新 的空間。 realloc在調整內存空間的是存在兩種情況：
情況1：原有空間之后有足夠大的空間
情況2：原有空間之后沒有足夠大的空間
情況1
當是情況1 的時候，要擴展內存就直接原有內存之后直接追加空間，原來空間的數據不發(fā)生變化。 情況2
當是情況2 的時候，原有空間之后沒有足夠多的空間時，擴展的方法是：在堆空間上另找一個合適大小 的連續(xù)空間來使用。這樣函數返回的是一個新的內存地址。 由于上述的兩種情況，realloc函數的使用就要注意一些。
舉個例子：
int main()
{
int* ptr = (int*)malloc(100);
if (ptr != NULL)
{
//業(yè)務處理
}
else
{
perror("malloc)//打印錯誤信息;
}
//擴展容量
//代碼1
ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//這樣可以嗎？(如果申請失敗會如何？)
//代碼2
int* p = NULL;
p = realloc(ptr, 1000);
if (p != NULL)
{
ptr = p;
}
//業(yè)務處理
free(ptr);
return 0;
}
常見的動態(tài)內存錯誤
對NULL指針的解引用操作
void test()
{
int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);
*p = 20;//如果p的值是NULL，就會有問題，所以在這之前我們需要對返回值進行判斷
free(p);
p=NULL;
}正確寫法：
void test()
{
int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);
if(p!=NULL)
{
*p = 20;
}
free(p);
p=NULL;
}對動態(tài)開辟空間的越界訪問
void test()
{
int i = 0;
int *p = (int *)malloc(10*sizeof(int));
if(NULL == p)
{
perror("malloc)//打印錯誤信息;
}
for(i=0; i<=10; i++)
{
*(p+i) = i;//當i是10的時候越界訪問
}
free(p);
}正確寫法：
void test()
{
int i = 0;
int *p = (int *)malloc(10*sizeof(int));
if(NULL == p)
{
perror("malloc)//打印錯誤信息;
}
for(i=0; i<10; i++)
{
*(p+i) = i;//當i是10的時候越界訪問
}
free(p);
}對非動態(tài)開辟內存使用free訪問
void test()
{
int a = 10;
int *p = &a;
free(p);//p指向的是非動態(tài)內存，free只能用于動態(tài)內存的釋放
}使用free 釋放一塊動態(tài)開辟內存的一部分
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
p++;
free(p);//p不再指向動態(tài)內存的起始位置
}free函數要從動態(tài)內存的起始地址開始釋放
對一塊動態(tài)內存多次釋放
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
free(p);
p=NULL;
free(p);//重復釋放
p=NULL;
}對動態(tài)內存開辟忘記釋放
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
if(NULL != p)
{
*p = 20;
}
}
int main()
{
test();
while(1);
}動態(tài)開辟內存如果忘記釋放會造成內存泄漏。所以開辟的空間在用完之后一定記得釋放，并且正確釋放。
接下來再來看看一個題目，也是一個常見的錯誤：
char *GetMemory(void)
{
char p[] = "hello world";
return p;
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
str = GetMemory();
printf(str);
}
柔性數組
或許你從來沒有聽說過柔性數組（flexible array）這個概念，但是它確實是存在的。 C99 中，結構中的最后一個元素允許是未知大小的數組，這就叫做『柔性數組』成員。
例如：
typedef struct st_type
{
int i;
int a[0];//柔性數組成員
}type_a;有些編譯器會報錯無法編譯可以改成：
typedef struct st_type
{
int i;
int a[];//柔性數組成員
}type_a;柔性數組的特點：
結構中的柔性數組成員前面必須至少一個其他成員。
sizeof 返回的這種結構大小不包括柔性數組的內存。
包含柔性數組成員的結構用malloc ()函數進行內存的動態(tài)分配，并且分配的內存應該大于結構的大 小，以適應柔性數組的預期大小。
舉個例子：
typedef struct st_type
{
int i;
int a[0];//柔性數組成員
}type_a;
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(type_a));//輸出的是4
return 0;
}柔性數組的使用：
typedef struct st_type
{
int i;
int a[0];//柔性數組成員
}type_a;
int main()
{
int i = 0;
type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int));
//業(yè)務處理
p->i = 100;
for(i=0; i<100; i++)
{
p->a[i] = i;
}
free(p);
p=NULL;
return 0;
}這樣柔性數組成員a，相當于獲得了100個整型元素的連續(xù)空間。
柔性數組的優(yōu)勢：
//非柔性數組開辟空間
typedef struct st_type
{
int i;
int *p_a;
}type_a;
int main()
{
type_a *p = (type_a *)malloc(sizeof(type_a));
p->i = 100;
p->p_a = (int *)malloc(p->i*sizeof(int));
//業(yè)務處理
for(i=0; i<100; i++)
{
p->p_a[i] = i;
}
//釋放空間
free(p->p_a);
p->p_a = NULL;
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
//柔性數組開辟空間
typedef struct st_type
{
int i;
int a[0];//柔性數組成員
}type_a;
int main()
{
int i = 0;
type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int));
//業(yè)務處理
p->i = 100;
for(i=0; i<100; i++)
{
p->a[i] = i;
}
free(p);
p=NULL;
return 0;
}上述 代碼1 和 代碼2 可以完成同樣的功能，但是 方法2 的實現有兩個好處：
第一個好處是：方便內存釋放 如果我們的代碼是在一個給別人用的函數中，你在里面做了二次內存分配，并把整個結構體返回給 用戶。用戶調用free可以釋放結構體，但是用戶并不知道這個結構體內的成員也需要free，所以你 不能指望用戶來發(fā)現這個事。所以，如果我們把結構體的內存以及其成員要的內存一次性分配好 了，并返回給用戶一個結構體指針，用戶做一次free就可以把所有的內存也給釋放掉。
第二個好處是：這樣有利于訪問速度. 連續(xù)的內存有益于提高訪問速度，也有益于減少內存碎片
小結
以上就是我對動態(tài)內存管理的理解，如有錯誤，請大家指正，我們一起學習。
到此這篇關于C語言深入細致講解動態(tài)內存管理的文章就介紹到這了,更多相關C語言動態(tài)內存管理內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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