动态内存管理

用户11369558

发布于 2024-11-20 14:58:37

1980

文章被收录于专栏：JavaJava

1. 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 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：

1. 空间开辟大小是固定的。 2. 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。

但是对于空间的需求，不仅仅是上述的情况。有时候我们需要的空间大小在程序运行的时候才能知道，那数组的编译时开辟空间的方式就不能满足了。这时候就只能试试动态存开辟了。

2. 动态内存函数的介绍

2.1 malloc和free

2.1.1 介绍malloc

C语言提供了一个动态内存开辟的函数：

void* malloc (size_t size);

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的行为是标准是未定义的，取决于编译器。

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

这里就开辟了10个空间大小的int类型

2.1.2 介绍free

C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，函数原型如下：

void free (void* ptr);

free函数用来释放动态开辟的内存。如果参数 ptr 指向的空间不是动态开辟的，那free函数的行为是未定义的。如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做。
注：malloc和free都声明在 stdlib.h 头文件

例：

未释放malloc

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int* pf = (int*)malloc(10*sizeof(int));
	if (pf == NULL)
	{
		//打印错误
		perror("malloc");
	}
	int i;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(pf + i) = i;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d  ", *(pf + i));
	}
  
}

要养成一个好习惯，一旦进行开辟内存，一定要释放，不会会出现很多问题，后续我们会讲到

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int* pf = (int*)malloc(10*sizeof(int));
	if (pf == NULL)
	{
		//打印错误
		perror("malloc");
	}
	int i;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(pf + i) = i;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d  ", *(pf + i));
	}
   //释放malloc
	free(pf);
	pf = NULL;
}

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：

1.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。 2.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。

区别：

2.3 realloc

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，那为了合理的时候内存，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。函数原型如下：

ptr 是要调整的内存地址 size 调整之后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

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10,sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		//打印错误
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	int i;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d\n", *(p + i));
	}
    //假设10个整形空间不够，需要20个整形空间，这样写对吗？

	p=realloc(p, 20 * sizeof(int));
	free(p);
	pf = NULL;
	return 0;
}

注：这里也有可能realloc开辟失败，如果继续存在在p中，会导致之前的数据也会丢失

应写成：

int* pf=realloc(p, 20 * sizeof(int));
	if (pf != NULL)
	{
		p = pf;
	}

realloc在调整内存空间的是存在两种情况：

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。

3. 常见的动态内存错误

3.1 对NULL指针的解引用操作

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	*p = 20;//ok?
}

这样写是否正确呢？

解析：这种写法是错误的，万一malloc开辟失败，不能对NULL指针进行解引用操作

正确写法：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror(malloc);
		return 1;
	}
	*p = 20;
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

3.2 对动态开辟空间的越界访问

本来开辟了10个整形，而却需要11个整形，这就越界了，所以系统会崩溃

3.3 对非动态开辟内存使用free释放

提示：free函数只能释放malloc，calloc，realloc这种开辟出来的内存，而这里a是在栈空间上开辟的内存，所以也是错误。

3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

解析：现在p指向第六个位置，不能中通开辟，必须要把所有开辟的空间使用完，或者让p指向起始位置，不能都会出现错误。注：这里强调一般开辟好了p，最好不要动p的位置，可以再定义一个指针来接收p

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10 ,sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror(calloc);
		return 1;
	}
	int* ppp = p;
	int i;
	for (i = 0; i < 5 ; i++)
	{
		*ppp= i;
		ppp++;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

3.5 对同一块动态内存多次释放

解析：不能进行多次释放，如果释放了一定要把指针置为NULL指针，这样也不会出现错误。

3.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void test()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	if (1)
	{
		return 0;
	}
	free(p);
	p = NULL;
}
int main()
{
	test();
	while (1);
}

解析：进入到test函数里面，开辟了100个空间的p，但if判断为真了，直接返回到main函数里面，test函数里面的malloc根本来不及释放，这就会导致了内存泄漏的问题，根本来不及释放，所以那段空间就直接浪费了，找也找不到。

正确写法：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int* test()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	if (1)
	{
		return p;
	}
	free(p);
	p = NULL;
}
int main()
{
	int* ret=test();
	free(ret);
	ret = NULL;
	while (1);
}

解析：万一来不及释放，我们可以返回它的地址，到main函数里面释放。

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：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
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();
}

解析：很明显的错误，进入到GetMemory函数中，malloc开辟了p之后，退出了这个函数p也被销毁了，所以str还是NULL指针错误1：对str NULL解引用操作，程序崩溃错误2：malloc未的及释放

正确写法：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void GetMemory(char** p)
{
    *p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
    char* str = NULL;
    GetMemory(&str);
    strcpy(str, "hello world");
    printf(str);
    free(str);
    str = NULL;
}
int main()
{
    Test();
}

把str的地址放进去，改动的就是str；

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
char* GetMemory(char* p)
{
	p = (char*)malloc(100);
	return p;
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	str=GetMemory(str);
	strcpy(str, "hello world");
	printf(str);
	free(str);
	str = NULL;
}
int main()
{
	Test();
}

接收p的地址

4.2 题目2：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
char* GetMemory(void)
{
	char p[] = "hello world";
	return p;
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	str = GetMemory();
	printf(str);
}
int main()
{
	Test();
}

解析：这里可以看见虽然str已经拿到p的地址，但由于p是局部变量，p的内容出来函数已经销毁了，所以找不到“hello world”这块内容了，str已经是野指针了，打印的是一些随机值

4.3 题目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();
}

解析：虽然打印出来了，但是少了free函数，记得开辟完一定要释放

4.4 题目4：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void Test(void)
{
	char* str = (char*)malloc(100);
	strcpy(str, "hello");
	free(str);
	if (str != NULL)
	{
		strcpy(str, "world");
		printf(str);
	}
}
int main()
{
	Test();
}

解析：别看打印出来了，其实有很多的错误

虽然free(str)函数，但并没有把它置为NULL指针，所以str现在为野指针了，所以依然打印出来了

总结：

本篇文章详细介绍了四个动态内存函数，以及常见的动态内存错误，几个经典的笔试题

看到这里的铁铁们，要是对你们有帮助的话，可以给小编一个大大的三连！！！

如果有不对的地方，可以私信我，谢谢各位大佬们！！！

本文参与腾讯云自媒体同步曝光计划，分享自作者个人站点/博客。

原始发表：2023-10-09，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

指针

本文分享自作者个人站点/博客前往查看

如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

本文参与腾讯云自媒体同步曝光计划，欢迎热爱写作的你一起参与！

登录后参与评论

0 条评论

热度