本文重点

• 1. 动态内存函数的介绍
• • 1.1 malloc和free
  • • 1.1.1 malloc
    • 1.1.2 搭配使用的free
  • 1.2 calloc
  • 1.3 realloc
• 2. 常见动态内存错误
• • 2.1 对动态开辟的空间越界访问
  • 2.2 对NULL指针解引用
  • 2.3 对非动态开辟的内存用free释放
  • 2.4 使用free释放动态开辟内存的一部分
  • 2.5 对同一块内存多次释放
  • 2.6 动态开辟的内存忘记释放(内存泄漏)
• 3. 经典笔试题
• • 3.1 笔试题1
  • 3.2 笔试题2
  • 3.3 笔试题3
  • 3.4 笔试题4
• 4. C/C++程序的内存开辟

引：为什么存在动态内存分配？

我们已经掌握的内存开辟方式有：

int a = 0; //4byte int arr[10] = { 0 }; //40byte

这样的开辟方式—

1. 开辟空间大小是固定的，想大不能大，想小不能小；
2. 定义数组时，必须给定大小，然而有时我们需要的空间大小在编译时才会知道。

文章图片

由此引入动态内存开辟，这就要学习动态内存函数。
正文开始@边通书
1. 动态内存函数的介绍 1.1 malloc和free 1.1.1 malloc
C语言提供了一个动态内存开辟的函数:（头文件：#include）

void* malloc (size_t size);

• void*:这块内存是为谁申请的也不知道，返回什么类型也不合适，那就返回通用类型。
• size：要申请的字节数。

作为malloc函数的使用者，我很清楚我申请的内存空间要来做什么，在使用时要做强制类型转换:

int* ptr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));

功能：在堆区上申请size个字节的空间，并返回堆区上的起始地址。

• 若开辟成功，返回一个指向开辟好空间的指针；
• 若开辟失败，则返回空指针NULL。

??因此，malloc的返回值一定一定要做检查！！！

1.1.2 搭配使用的free
C语言提供了另外一个函数用于做动态内存释放和回收的:
(头文件:#include)

void free(void* ptr);

功能：把ptr所指向的空间还给操作系统
注：

??1. 若参数ptr指向的空间不是动态开辟的，则free函数的行为是标准未定义的。
??2. 若参数ptr是NULL空指针，即free(NULL); okay,只不过什么都不干。

上代码感受它们的使用：
思考：free(ptr); 后的ptr == NULL; 是否有必要？

#include #includeint main() { //申请空间 int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int)); if (p == NULL) {return -1; } //使用 int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) {*(p + i) = i; } //释放ptr指向的这段内存 free(p); //p = NULL; //是否有必要？ return 0; }

调试起来：

文章图片

可以看到ptr指向的这段空间虽然释放了，但ptr依然指向这段空间（也就是说free根本就不会使ptr发生改变，也不会将ptr主动置空）。

文章图片

此时ptr是野指针，很危险，就一定要ptr == NULL; ，让ptr永远也找不到这段空间。

??3. 释放ptr指向的内存空间后free(ptr); ，一定要将ptr置空ptr==NULL。

1.2 calloc C语言还提供了一个calloc函数，也可用来动态内存分配:
(头文件:#include)

void* calloc (size_t num, size_t size);

• void*:空类型，为了适应各种指针类型，以便正确解引用
• num:要申请的元素个数
• size:元素大小

功能：为大小为size的num个元素开辟一块空间，并将每一个字节都初始化为0.

• 若开辟成功，则返回开辟好空间的起始地址
• 若开辟失败，则返回空指针NULL

??因此，与malloc一样,对于calloc的返回值也一定一定要做检查！！！

上代码感受：

#include #include #include #includeint main() { //申请10个int的空间 int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int)); if (p == NULL) {printf("%s", strerror(errno)); //错误码翻译出错误信息 return -1; } //申请成功 int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) {printf("%d ", *(p + i)); //打印 } //释放 free(p); p = NULL; return 0; }

运行+调试结果：

文章图片

演示申请空间失败的情况，申请空间过大：

文章图片

对比malloc和calloc:

??malloc:只负责在堆区申请空间，并返回起始地址，不会初始化空间
??calloc:在堆区申请空间，初始化为0，并返回起始地址

以后也很简单，我要初始化我就用calloc,不想初始化我就用malloc.
1.3 realloc 有时我们发现过去申请的内存太小/过大了，为了合理使用内存就一定要对内存大小进行调整。
realloc函数的出现，让动态内存管理更加灵活.(头文件:#include)

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

• ptr:要调整的内存地址
• size:调整后的新大小
• void*:调整后的内存起始地址

??realloc在调整内存空间时存在两种情况：

情况1：原空间后有足够大的空间

文章图片

情况2：原空间后没有足够大的空间

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这个函数在调整原内存空间大小的同时，还会将原内存中的数据移动到新的空间中去。
上代码感受：

#include #include #include #includeint main() { int* p= (int*)malloc(10 * sizeof(int)); if (p == NULL) {printf("%s\n", strerror(errno)); return -1; } //申请成功 //使用 //... //空间不够，增加空间至20int int* ptr = (int*)realloc(p, 20 * sizeof(int)); //用新指针来接收 if (ptr == NULL) {return -1; } else {p = ptr; } int i = 0; for (i = 0; i < 20; i++) {*(p + i) = i; } //打印 for (i = 0; i < 20; i++) {printf("%d ", *(p + i)); } //释放 free(p); p = NULL; return 0; }

??注: 为什么这里一定要用新指针来接收：

//空间不够，增加空间至20int int* ptr = (int*)realloc(p, 20 * sizeof(int)); //用新指针来接收

//若仍用旧指针p来接收 int* p = (int*)realloc(p, 20 * sizeof(int));

不可，因为，若内存申请失败返回NULL，则原来p指向的空间也找不到了。
2. 常见动态内存错误 下面再次强化常见动态内存分配的错误点，以后都要避免奥。
2.1 对动态开辟的空间越界访问

#include #includevoid test() { int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int)); if (p == NULL) {return ; } //使用 int i = 0; for (i = 0; i <= 10; i++) {*(p + i) = i; } //释放 free(p); p = NULL; } int main() { test(); return 0; }

运行结果：挂了

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2.2 对NULL指针解引用

void test() {int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4); *p = 20; free(p); }

直接这样写代码是有风险的，若malloc申请内存空间失败，则返回NULL，*p = 20; 则是对空指针解引用。
这就要求我们在申请空间后一定要进行判断，先判断，再使用。

?更正— 在申请空间后一定要进行判断

void test() {int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4); if(p == NULL) {return; } *p = 20; free(p); }

2.3 对非动态开辟的内存用free释放

void test() {int a = 10; //栈 int *p = &a; free(p); //ok? }

运行结果 — 又挂了

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2.4 使用free释放动态开辟内存的一部分 上代码：

#include #includeint main() { int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int)); if (p == NULL) {return -1; } //使用 int i = 0; for (i = 0; i < 5; i++) {*p++ = i; } //释放 free(p); p = NULL; return 0; }

运行结果—又挂了

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文章图片

?传给free的，必须是动态开辟内存的起始位置。

2.5 对同一块内存多次释放

#include #includeint main() { int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int)); free(p); free(p); //重复释放 return 0; }

运行结果—又挂了

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?更正：在free释放p指向的空间后，记得将p置空p = NULL;

#include #includeint main() { int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int)); free(p); p = NULL; free(p); //p为NULL，okay,只不过什么也不做 p = NULL; return 0; }

2.6 动态开辟的内存忘记释放(内存泄漏) 在堆区上申请的动态内存空间有两种回收方式：

1. 主动free掉
2. 当程序退出时，申请的空间也会回收

思考：

#include #includeint main() { int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int)); if (p == NULL) {return -1; } //使用 //忘记释放了 getchar(); return 0; }

运行起来，光标闪烁，getchar(); 等待接收字符，程序不结束，如果这段空间不被释放，造成了内存泄漏。
忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄漏—这块空间你又不用你又不释放，别人也无法使用，如果服务器7*24小时的在跑，那非常可怕，内存会被一点一点耗干。

?动态开辟的内存空间，一定要释放，且要正确释放。

3. 经典笔试题 3.1 笔试题1 上代码思考：

#include #include #includevoid GetMemory(char *p) { p = (char *)malloc(100); } void Test(void) { char *str = NULL; GetMemory(str); strcpy(str, "hello world"); printf(str); //运行结果？ } int main() { Test(); return 0; }

运行结果—挂了

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解析:

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1°程序崩溃
①str传给p是值传递，p是str的一份临时拷贝，所以当malloc在堆上开辟的空间起始地址放在p中（即p指向了这段空间时），不会影响str，str仍为NULL。
②当str为空时，strcpy想把"hello world"拷贝到str所指向空间时，程序崩溃，因为NULL指向的空间是不能直接访问的（还记得strcpy模拟实现的时候进去就要断言吗）。
2°内存泄漏
更可怕的是想释放都没办法释放，函数调用完，p随之销毁(即malloc开辟出来的空间的起始地址丢失），这段空间无法找到，无从释放。

? 更正: 传址调用

void GetMemory(char** p) { *p = (char *)malloc(100); } void Test(void) { char *str = NULL; GetMemory(&str); strcpy(str, "hello world"); printf(str); //运行结果？ //释放 free(str); str = NULL; }

运行结果:

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??注:
这里大家可能有疑惑在printf(str); 。

char* p = "hello world"; printf("hello world"); printf(p); //okay！

3.2 笔试题2 上代码思考:

#include #includechar* GetMemory(void) { char p[] = "hello world"; return p; } void Test(void) { char *str = NULL; str = GetMemory(); printf(str); //运行结果？ } int main() { Test(); return 0; }

运行结果 — 打印随机值

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解析 — 事实上，这都属于返回栈空间地址引发的问题

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像这样返回栈空间地址就是典型的造成野指针的原因之一。

【小边的强势总结C语言篇|动态内存函数+经典笔试题@动态内存管理---malloc +free + calloc + realloc】与之相似的错误代码演示:

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

预测运行结果：可能打印随机值。
运行结果—虽然报了一个警报，但还是打印了10

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这可能会让你震惊，这里打印10也并非巧合，如果还没调用其他函数，销毁的空间未被覆盖掉，确实可能访问到10.
我当然也可以让它不是10，这里随便打印一个"hehe":

int main() { int* p = test(); printf("hehe\n"); printf("%d\n", *p); //运行结果？ return 0; }

再来运行，运行结果— 随机值

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解析—画图简述函数栈桢创建与销毁：

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这些讨论，都是为了说明返回栈空间地址时的这种错误。
3.3 笔试题3

#include #include #includevoid 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; }

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问题：内存泄漏！！

?要记得释放空间：

free(str); str = NULL;

3.4 笔试题4

#include #include #includevoid Test(void) { char *str = (char *)malloc(100); strcpy(str, "hello"); free(str); if (str != NULL) {strcpy(str, "world"); printf(str); //运行结果？ } }int main() { Test(); return 0; }

有结果也不对，要明白编译器是不能查出所有错误的，不然要你程序猿干嘛。

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解析

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因此，还是要记得free后，将str置空。

free(str); str = NULL;

4. C/C++程序的内存开辟
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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，因此会有栈溢出的情况。
   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(操作系统)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。

有了这幅图，我们就可以更好的理解static关键字修饰局部变量的例子了。

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。

下篇文章将介绍柔型数组。
未完待续@边通书

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