有关c语言动态内存管理

1.为什么需要动态内存分配

2.有关动态内存函数介绍

3.常见的动态内存错误

1.为什么需要动态内存分配

关于这个问题，我们先看看我们之前是如何开辟内存的。

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

但可以发现的一个问题是，无论我们怎样开辟内存空间，他的大小都在开辟前就已经被指定，而显然在实际应用中并不是所有情况我们都能在程序编译前就知道他需要多大的内存空间。或许你想说那有备无患开大点不久好了？但这样所造成的空间浪费并不是我们所希望看到的结果。于是我们就只能试试动态内存分配了。

2.有关动态内存函数介绍

2.1 malloc和free

c语言已经为我们提供了一个动态内存开辟的函数malloc

void* malloc (size_t size);

1.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。

2.如果开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针。

3.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。

4.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。

5.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。

当然有分配就会有释放，c语言也为我们提供了另一个函数free，专门用来做动态内存的释放以及回收，函数原型如下。

void free (void* ptr);

1.free函数用来释放动态开辟的内存。

2.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。

3.如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做。

我们看到下面的一个例子

#include <stdio.h>
int main()
{
	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 < num; i++)
		{
			*(ptr + i) = 0；
		}
	}
	free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存
	ptr = NULL;
	return 0;
}

相信这串代码大家在有注释的情况下都能够看懂。但是有细心的读者可能会发现free（ptr）之后又令ptr=NULL，这是为什么呢？其实在一块内存空间被释放后，该指针仍指向被释放掉的内存地址，而此时的ptr便成了野指针，一旦后续不小心被程序调用就会导致程序崩溃，所以在指针释放后要将其置为NULL防止这种情况的发生。

2.2 calloc函数

calloc函数类似与malloc，同样用于动态内存分配，函数原型如下。

void* calloc (size_t num, size_t size);

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。

2.3 realloc函数

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。

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

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。

需要注意的是：

realloc在调整内存空间时存在两种情况

情况1：原有空间之后有足够大的空间

情况2：原有空间之后没有足够大的空间

参见下图示意

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。

针对情况二，若realloc成功，指向原内存地址的指针就成了悬挂指针，即指针指向了一块没有分配给用户使用的内存，如果再使用该指针进行操作就可能发生意想不到的情况，因此要格外注意这种情况。

#include <stdio.h>
int main()
{
	int* ptr = (int*)malloc(100);//动态分配
	int* p = NULL;
	p = (int*)realloc(ptr, 1000);//重分配
	if (p != NULL)//判断是否成功
	{
		ptr = p;//防止悬挂指针出现
	}
	//业务处理
	free(ptr);
    ptr=NULL;//释放后置空防止野指针
	return 0;
}

注意动态内存分配时应当像上述代码一样尽量规范。

3. 常见的动态内存错误

3.1 对NULL指针进行解引用操作

这个点就不再过多叙述，大家记住即可，对空指针进行解引用操作可能会引发各种奇怪的问题。

3.2 对动态开辟空间的越界访问

同数组类似，即使是动态开辟的空间也不能越界访问。

3.3 对非动态开辟内存使用free释放

切记只有动态开辟的内存才能使用free。

3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

参见下面代码

void test()
{
 int *p = (int *)malloc(100);
 p++;
 free(p);//p不再指向动态内存的起始位置
}

虽然有些小伙伴可能想既然free函数是根据指针来释放内存的，那我能不能通过对指针进行操作去部分释放动态分配的内存呢？然而梦想很美好，现实很骨感。如果强行这样做的话只可能会造成·更多不可预估的结果。

3.5 对同一块动态内存多次释放

这个错误应该大家目前应该不太常犯，但是一旦后面代码量大了之后就很有可能忘记是否已经释放过内存从而导致重复释放而bug。

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);
}

看到这个标题再看这串代码，大家应该都很容易能够知道上面的代码忘记释放内存了从而导致内存泄漏，但实际日常我们非常容易忘记开辟内存后free。

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。

本文到此结束，由于笔者能力有限文章如存在纰漏敬请在评论区指正。