会挽雕弓如满月，西北望，射天狼。这篇文章主要讲述C语言进阶—— 动态内存开辟+柔性数组相关的知识，希望能为你提供帮助。
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?前言现代计算机基本都是基于冯诺伊曼结构体系设计出来的，冯诺伊曼结构体系的核心就是“存储程序”，将程序（指令集）和数据以同等地位存储在内存中。但是我们的内存空间并不是无限大的，所以为了高效的利用好内存空间，操作系统会对这些内存空间进行相应的分区，不同区域的内存有其对应的功能和使用方式。
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比如局部变量、函数形参通常是存储在栈区的，这部分内存空间的特点就是临时使用，用完即释放（当然这个都是由操作系统自动完成的，不需要程序员的干预）；
再比如全局变量通常存放在静态区，此外由static修饰的局部变量也会放到静态区（所以static修饰局部变量，本质上是改变了其存储的位置，从栈区-- > 静态区），这部分内存空间就是生命周期很长，长到整个程序运行结束；
再例如我们使用的常量字符串，会被保存到常量区，这部分内存区域的特点就是类似于“常量”，不可被修改，相当于添加了一个“const”的buff。
进入正题
思维导图：
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?一、寻根问底 什么是动态内存分配 / 管理？由程序员根据实际编程需要向操作系统申请，在堆区上开辟的，供程序员操作使用和维护的内存空间，程序员的游乐园！通常是一些临时用到的数据或者变量，随时开辟，用完随时释放，而不必等到函数结束后由操作系统回收！
为什么需要动态内存分配？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的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。
怎么建立动态内存分配？
通过系统提供的4个库函数实现，malloc\\calloc\\realloc\\free，这四个函数后面我们会详细介绍。?二、动态内存函数注意：
以下说的四个函数的头文件均为：stdlib.hmallocC语言提供了一个
动态内存开辟的函数：void * malloc(size_t size);
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size_t就是unsigned int（无符号整型）
这个函数的作用就是在动态存储区中分配一个长度为size个字节的
连续空间，并返回指向该空间的指针。示例
#include<
stdio.h>
#include<
stdlib.h>
#include<
string.h>
#include<
errno.h>
int main()
{
//向内存申请十个整形空间，返回空间的起始地址
int* p = malloc(10 * sizeof(int));
if (p == NULL)
{
//打印错误原因的一个方式
printf("%s\\n", strerror(errno));
}
else
{
//正常使用空间
int i = 0;
for (i = 0;
i <
10;
i++)
{
*(p + i) = i;
}
for (i = 0;
i <
10;
i++)
{
printf("%d ", *(p + i));
}
}
return 0;
}动态开辟的空间如何释放和回收呢？
C语言提供了一个专门完成这个功能的库函数-- - free
freeC语言提供了另外一个
函数free，专门是用来做动态内存的释放和回收的。函数原型：
void free(void* p)
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free的作用就是释放指针变量p所指向的动态空间，使这部分空间能够重新被利用。看一下实际的使用：
#include<
stdio.h>
#include<
stdlib.h>
int main()
{
//1.通过动态开辟申请10个int类型的空间
int* ptr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
//通常结合sizeof一起使用
//根据实际使用强制类型转换为想要的类型
//2.malloc有可能申请空间失败，所以需要判断一下
if (ptr == NULL)
{
perror("main");
//perror是一个报错函数，实际出错时打印效果为：main:xxxxxx（错误原因）
return 0;
//出错就直接结束函数
}
//3.使用 给这10个整型空间赋值
for (int i = 0;
i <
10;
i++)
{
*(ptr + i) = i;
}
//打印一下
for (int i = 0;
i <
10;
i++)
{
printf("%d ", ptr[i]);
//这里可以直接使用数组下标的形式，和指针解引用是一样的
}
//4.释放
free(ptr);
ptr = NULL;
//需要手动置为NULL，防止非法访问
return 0;
}
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为什么要进行动态内存的释放和回收？
那释放之后为什么要手动将指针赋值为NULL（空指针）呢？
那有没有动态分配函数在申请空间的同时就进行初始化呢 ?
calloc
calloc函数也用来动态内存分配，函数原型：void * calloc(size_t num, size_t size);
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比如刚刚的上面的代码，如果我们将malloc换成calloc，不进行手动初始化：
#include<
stdio.h>
#include<
stdlib.h>
int main()
{
//int*p = malloc(10*sizeof(int))
int* ptr = (int*)calloc(10, sizeof(int));
if (ptr == NULL)
{
perror("main");
//perror是一个报错函数，实际出错时打印效果为：main:xxxxxx（错误原因）
}
for (int i = 0;
i <
10;
i++)
{
printf("%d ", ptr[i]);
}
free(ptr);
ptr = NULL;
return 0;
}
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在内存储存如下：
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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。
光从上面这三个函数的介绍，我们可能并没有深刻体会到“动态内存分配”的动态体现在哪，接下来要介绍的函数才是动态内存分配的“灵魂”-- - realloc
realloc【C语言进阶—— 动态内存开辟+柔性数组】
realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活有时会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，那为了合理的使用内存，我们一定会
对内存的大小做灵活的调整。那rea1lloc函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整函数原型：void * realloc(void* ptr, size_t size);
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由于上述的两种情况，realloc函数的使用就要注意一些。
#include<
stdio.h>
#include<
stdlib.h>
int main()
{
int* ptr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (ptr == NULL)
{
perror("main");
return 0;
}
//realloc使用的注意事项：
//1. 如果p指向的空间之后有足够的内存空间可以追加，则直接追加，后返回p
//2. 如果p指向的空间之后没有足够的内存空间可以追加，则realloc函数会重新找一个新的内存区域
//开辟一块满足需求的空间，并且把原来内存中的数据拷贝回来，释放旧的内存空间
//最后返回新开辟的内存空间地址
//3. 得用一个新的变量来接受realloc函数的返回值
//进行扩容操作
int* p = (int*)realloc(ptr, 100 * sizeof(int));
//注意：不能直接将扩容之后的地址给ptr，因为存在扩容失败的可能，会导致ptr地址丢失
if (p == NULL)
{
printf("realloc failed!\\n");
return 0;
}
p = ptr;
//返回新地址
//业务处理
free(p);
p = NULL;
return 0;
}?三、常见的动态内存错误 1）对空指针NULL的解引用操作
#include <
stdio.h>
#include <
stdlib.h>
int main()
{
int* p = malloc(10 * (sizeof(int)));
//万一malloc失败了，p就被赋值为空指针（NULL）
int i = 0;
for (i = 0;
i <
10;
i++)
{
*(p + i) = i;
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}2）对动态开辟空间的越界访问
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当I = 10时越界访问
3）对非动态开辟内存使用 free 释放
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free一定是释放堆区上的数据
4）对同一块动态内存的多次释放
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5）使用 free 释放一块动态开辟内存的一部分
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6）动态开辟内存忘记释放（导致内存泄露）
#include<
stdio.h>
#include<
stdlib.h>
void test()
{
int* p = (int*)malloc(100);
if (NULL != p)
{
*p = 20;
}
}
int main()
{
while (1)
{
test();
}
return 0;
}
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（没停止运行我电脑死机了！！！……）
忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄漏。
?四、经典笔试题练习 题目1：
void GetMemory(char *p)
{
p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(str);
strcpy(str, "hello world");
printf(str);
}
int main()
{
Test();
return 0;
}?请问运行Test函数会有什么样的结果？
分析：
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改进方法一：
文章图片
改进方法二：
文章图片
题目2：
#include<
stdio.h>
#include<
stdlib.h>
char* GetMemory(void)
{
char p[] = "hello world";
//退出函数时被销毁了
return p;
//虽然返回了但是在栈区退出时被销毁了，重新赋予p随机值
}void Test(void)
{
char* str = NULL;
str = GetMemory();
//被赋予了随机值
printf(str);
}int main()
{
Test();
return 0;
}?请问运行Test函数会有什么样的结果？
退出函数时被销毁了,虽然返回了但是在栈区退出时被销毁了，重新赋予p随机值
分析：
文章图片
习题3：
#include<
stdio.h>
#include<
stdlib.h>
void 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;
}?请问运行Test函数会有什么样的结果？
习题4:
#include<
stdio.h>
#include<
stdlib.h>
void Test(void)
{
char* str = (char*)malloc(100);
strcpy(str, "hello");
free(str);
//提前释放内存，但并不会置空指针
//str成为了野指针，if语句没有作用
if (str != NULL)
{
strcpy(str, "world");
//前面已经释放内存了，非法访问
printf(str);
}
}
int main()
{
Test();
return 0;
}?请问运行Test函数会有什么样的结果？
?五、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：
?六、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。C99中，
结构体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。举例
struct S
{
int n;
int arr[];
//还可以写成这样 int arr[0];
};
#include<
stdio.h>
struct S
{
int n;
int arr[];
//还可以写成这样 int arr[0];
};
int main()
{
printf("%d", sizeof(struct S));
return 0;
}
文章图片
举例：
#include<
stdio.h>
struct S
{
int n;
int arr[];
//未知大小的-柔性数组成员-数组的大小是可以调整的
};
int main()
{
//struct S s1;
这种方式创建的变量无法正常使用
//printf("%d\\n", sizeof(s1));
//假设我们期望arr的大小是10个int类型
struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 10 * sizeof(int));
//开辟了arr的空间
return 0;
}动态开辟内存分布情况如图：
文章图片
正因为空间是动态开辟出来的，如果后续使用的时候，数组arr的空间大小不够了，可以通过realloc去动态调整，体现了其“柔性”的特点。
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#include<
stdio.h>
struct S
{
int n;
int arr[];
//还可以写成这样 int arr[0];
};
int main()
{
//假设我们期望arr的大小是10个int类型
struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 10 * sizeof(int));
int i = 0;
for (i = 0;
i <
10;
i++)
{
ps->
arr[i] = i;
//访问并修改arr[]的值
}
//调整
struct S* ptr = (struct S*)realloc(ps, sizeof(struct S) + 20 * sizeof(int));
if (ptr == NULL)
{
perror("main");
return 1;
}
ps = ptr;
//使用
//.....
//释放
free(ps);
ps = NULL;
return 0;
}柔性数组功能的替代方法用一个指针代替柔性数组成员
struct S
{
int n;
//int arr[];
//还可以写成这样 int arr[0];
int* arr;
//替换柔性数组
};
int main()
{
struct S* ps=(struct*)malloc(sizeof(struct S));
ps->
arr=malloc(5*sizeof(int));
int i=0;
for(i=0;
i<
5;
i++)
{
ps-arr[i]=i;
}
for(i=0;
i<
5;
i++)
{
printf("%d ",ps-arr[i])
}
return 0;
}
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如果内存不够，想再次修改如下：
#include<
stdio.h>
#include<
stdlib.h>
struct S
{
int n;
//int arr[];
//还可以写成这样 int arr[0];
int* arr;
//替换柔性数组
};
int main()
{
struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S));
//开辟了结构体8个字节的空间（初始空间）
//两次malloc是为了让ps->
arr是动态的，如果ps被系统释放了，arr指向的空间就找不到了
ps->
arr = malloc(5 * sizeof(int));
//让arr指向动态开辟的空间int i = 0;
for (i = 0;
i <
5;
i++)
{
ps ->
arr[i] = i;
}
for (i = 0;
i <
5;
i++)
{
printf("%d ", ps ->
arr[i]);
}
printf("\\n");
//调整内存
int* ptr = realloc(ps->
arr, 10 * sizeof(int));
if (ptr != NULL)
{
ps->
arr = ptr;
}
for (i = 5;
i <
10;
i++)
{
ps->
arr[i] = i;
}
for (i = 0;
i <
10;
i++)
{
printf("%d ", ps->
arr[i]);
}//释放内存
free(ps->
arr);
//先释放里面的
free(ps);
return 0;
}
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柔性数组与非柔性数组比较
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