动态内存分配（malloc和free、calloc和realloc） |
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动态内存分配（malloc和free、calloc和realloc）
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一、为什么要有动态内存分配 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，数组空间一旦确定了大小不能调整 int main() { int n = 0;// char ch = 'a'; //数组 - 存放一个班的数学成绩 int arr[30] = { 0 }; return 0; }  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。 C语言引入了动态内存开辟，让程序员自己可以申请和释放空间，就比较灵活了。、 二、C/C++中程序内存区域划分以下为对内存开辟理解有帮助的概念： 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。 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。  对于以下函数它们的内存分布关系如下：  三、malloc和freemalloc和free都声明在 stdlib.h 头文件中。 2.1、mallocC语言提供了一个动态内存开辟的函数：  void* malloc (size_t size); 这个函数向内存的堆区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。 malloc函数申请的内存空间，当程序退出时才会还给操作系统。程序不退出，动态申请的空间不会销毁。 代码语言：javascript复制int main()
{
//int arr[10];
//int* p = (int*)malloc(40);
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
//开辟一个空间，这个空间占10个整型字节
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
//如果前面的 malloc 函数调用失败(即没有成功分配内存),
//则输出与 malloc 相关的错误消息。
return 1;
}
int i = 0;
//使用 - 给数组赋值
//如果不赋值,则malloc中的值为随机值
for (i = 0; i < 10; i++)
{
*(p + i) = i;
}
//打印
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", *(p + i));
}
//释放空间
free(p);
//free操作,只会把p指向的空间还给操作系统,
//但是p中放入的地址依然是起始地址,这样操作很危险
//为什么free函数没有把p置为空呢?
//在void free (void* ptr);中
//void*ptr是传值调用
//ptr是p的临时拷贝,他没有办法修改p指向的值
//如果用传址调用,如void**ptr,则可以修改p指向的值
p = NULL;
//防止p变为野指针
return 0;
}2.2、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。 四、calloc和realloc3.1、callocC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： 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。举个例子： 代码语言：javascript复制int main() { int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int)); if (NULL != p) { int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", *(p + i)); } } free(p); p = NULL; return 0; } 所以如果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。 3.2、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： 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。 3.3realloc在调整内存空间的是存在两种情况：◦ 情况1：原有空间之后没有足够大的空间 ◦ 情况2：原有空间之后有足够大的空间 情况1： 当是情况1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。  情况2： 当是情况2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。  由于上述的两种情况，realloc函数的使用就要注意一些。 代码语言：javascript复制int main() { //int arr[10]; //int* p = (int*)malloc(40); int* p = (int*)calloc(10 , sizeof(int)); if (p == NULL) { perror("malloc"); //如果前面的 malloc 函数调用失败(即没有成功分配内存), //则输出与 malloc 相关的错误消息。 return 1; } int i = 0; //打印 for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", *(p + i)); } //空间不够,想要扩大空间,20个整型 int*ptr = (int*)realloc(p, 20 * sizeof(int)); // 使用realloc函数尝试将已分配的内存空间扩大到能容纳20个整型变量的空间 // 注意，这里使用了临时指针ptr来接收realloc的返回值, //以防realloc失败返回NULL时导致原指针丢失 if (ptr != NULL) { p = ptr; } else { perror("realloc"); return 1; } //使用空间了 //释放空间 free(p); p = NULL; //防止p变为野指针 return 0; }3.4realloc有malloc的功能realloc函数出了调整空间外，还能实现与malloc相同的功能 代码语言：javascript复制int main() { int* p = (int*)realloc(NULL, 40); //int* p = (int*)malloc(100); //释放空间 free(p); p = NULL; return 0; }五、常见的动态内存的错误 5.1对NULL指针的解引用操作代码语言：javascript复制void test()
{
int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);
*p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
free(p);
}正确写法 ： 代码语言：javascript复制int main() { int* p = (int*)malloc(100); if (p == NULL) { //报错信息 perror("malloc"); return 1; } *p = 20;//p有可能是NULL指针的 //释放 free(p); p = NULL; return 0; }5.2对动态开辟空间的越界访问代码语言：javascript复制int main() { int* p = (int*)malloc(40); if (p == NULL) { return 1; } //使用 int i = 0; for (i = 0; i |
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