文章目录
- 1. 为什么存在动态内存管理
- 2. 动态内存函数的介绍
-
- 2.1 malloc和free
- 2.2 calloc
- 2.3 realloc
- 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. 几个经典的笔试题
-
- 4.1 题目1:
- 4.2 题目2:
- 4.3 题目3:
- 4.4 题目4:
- 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管理 我们已经掌握的内存开辟方式有:
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
但是上述开辟空间的方式有两个特点:
- 空间开辟大小是固定的。
- 数组在声明时,必须指定数组的长度,它需要的内存在编译时分配。
这时候就只能动态内存开辟了。
2. 动态内存函数的介绍 2.1 malloc和free C语言提供了一个动态内存开辟的函数:
文章图片
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,则返回一个指向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0,malloc的行为是标准未定义的,取决于编译器。
文章图片
free函数用来释放动态内存开辟的内存。
- 如果参数
ptr
指向的空间不是动态内存开辟的,那free函数的行为是未定义的。 - 如果参数
ptr
是NULL指针,则函数什么都不做。
stdlib.h
头文件中。for example:
#include
#include
int main()
{
//代码1
int num = 0;
scanf("%d", &num);
int arr[num] = {0};
//代码2
int *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
2.2 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:文章图片
- 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
#include
int main()
{
int *p = (int*)calloc(10,sizeof(int));
if(NULL != p)
{
//使用空间
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
文章图片
所以如何我们对申请的内存空间的内容要求初始化,那么可以很方便的使用calloc函数来完成任务。
2.3 realloc
- realloc函数的出现让动态内存管理更灵活。
- 有时候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,那为了合理的申请内存,我们一定会对内存的大小做灵活的调整。那realloc函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整。
文章图片
-
ptr
是要调整的内存地址
-
size
是调整之后的新大小
- 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:
- 原有空间之后有足够大的空间
- 原有空间之后没有足够大的空间
文章图片
情况1
当是情况1的时候,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。
情况2
当是情况2的时候,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。
由于上述的两种情况,realloc函数的使用就要注意一些。
for example:
#include
int main()
{
int *ptr = (int*)malloc(100);
if(ptr != NULL)
{
//业务处理
}
else
{
exit(EXIT_FAILURE);
}
//扩展容量
//代码1
ptr = (int*)realloc(ptr,1000);
//这样可以吗?
//不可以,因为如果realloc调整空间失败会返回一个空指针,这样连原来申请的空间都找不到了。
//代码2
int *p = NULL;
p = realloc(ptr,1000);
if(p != NULL)
{
ptr = p;
}
//业务处理
free(ptr);
ptr = NULL;
return 0;
}
3.常见的动态内存错误 3.1 对NULL指针的解引用操作
#include
#include
int main()
{
int *p = (int*)malloc(INT_MAX/4);
//INT_MAX是整型最大值
if(p ==NULL)
return 0;
int i =0;
for(i=0;
i<10;
i++)
{
*(p+i)=i;
//如果p的值是NULL就会有问题
}
free(p);
p=NULL;
return 0;
}
3.2 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);
}
3.3 对非动态开辟内存使用free释放
void test()
{
int a =10;
int *p=&a;
free(p);
//free只能释放malloc,calloc,realloc开辟的空间
}
3.4 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
}
3.5 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
}
3.6 动态开辟内存忘记释放(内存泄漏)
void test()
{
int *p=(int*)malloc(100);
if(NULL !=p)
{
*p=20;
}
}
int main()
{
test();
while(1);
}
忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄漏。
切记:
动态开辟的空间一定要释放,并且正确释放。
4. 几个经典的笔试题 4.1 题目1:
void GetMemory(char *p) {
p = (char *)malloc(100);
//形参p出函数会销毁
}
void Test(void) {
char *str = NULL;
GetMemory(str);
strcpy(str, "hello world");
printf(str);
}
文章图片
正确的代码:
void GetMemory(char **p)
{
*p=(char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
char *str=NULL;
GetMemory(&str);
strcpy(str,"hello world");
printf(str);
str=NULL;
}
4.2 题目2:
char *GetMemory(void)
{
char p[]="hello world");
return p;
}
void Test(void)
{
char *str=NULL;
str=GetMemory();
printf(str)
}
文章图片
数组p出函数后,数组开辟的空间就被销毁了,此时str就变成了野指针,原本的数组空间内容可能被改变了,所以打印出来的是随机值
再看两个例子:
例1:
int test()
{
int a=10;
return 0;
}
int main()
{
int m =test();
printf("%d\n",m);
return 0;
}
这样写代码是可以的,因为返回的是变量本身,而不是栈空间地址。
文章图片
例2:
int *test()
{
int a=10;
return &a;
}
int main()
{
int *p=test();
printf("%d\n",*p);
return 0;
}
【进阶C语言|动态内存管理】运行结果会怎么样?
文章图片
我们发现运行结果没有问题仍然是10,为什么?
这是因为原本a开辟的空间没有被使用而已
请看:
文章图片
printf函数的调用覆盖了a原本的栈帧空间。
4.3 题目3:
void GetMemory(char **p, int num) {
*p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void) {
char *str = NULL;
GetMemory(&str, 100);
strcpy(str, "hello");
printf(str);
}
这个代码只有一点小问题,没有free
再添上
free(str);
str=NULL;
就行。
4.4 题目4:
void Test(void) {
char *str = (char *) malloc(100);
strcpy(str, "hello");
free(str);
if(str != NULL)
{
strcpy(str, "world");
printf(str);
}
}
文章图片
free完后应主动将其赋成
NULL
;5. C/C++程序的内存开辟
文章图片
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。
实际上普通的局部变量是在栈区分配空间的,栈区的特点是在上面创建的变量出了作用域就销毁。
但是被static修饰的变量存放在数据段(静态区),数据段的特点是在上面创建的变量,直到程序
结束才销毁,所以生命周期变长。
6. 柔性数组
也许你从来没有听说过柔性数组(flexible array)这个概念,但是它确实是存在的。例如:
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。
typedef struct st_type
{
int i;
int a[0];
//柔性数组成员
}type_a;
有些编译器会报错无法编译可以改成:
typedef struct st_type
{
int i;
int a[];
//柔性数组成员
}type_a;
6.1 柔性数组的特点:
- 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。
- 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。
//code1
typedef struct st_type
{
int i;
int a[0];
//柔性数组成员
}type_a;
printf("%d\n", sizeof(type_a));
//输出是4.
6.2 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);
这样柔性数组成员a,相当于获得了100个整型元素的连续空间。
6.3 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:
第一个好处是:方便内存释放
如果我们的代码是在一个给别人用的函数中,你在里面做了二次内存分配,并把整个结构体返回给
用户。用户调用free可以释放结构体,但是用户并不知道这个结构体内的成员也需要free,所以你
不能指望用户来发现这个事。所以,如果我们把结构体的内存以及其成员要的内存一次性分配好
了,并返回给用户一个结构体指针,用户做一次free就可以把所有的内存也给释放掉。
第二个好处是:这样有利于访问速度.
连续的内存有益于提高访问速度,也有益于减少内存碎片。(其实,我个人觉得也没多高了,反正
你跑不了要用做偏移量的加法来寻址)
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