【超详解C语言动态内存管理】
前言
指针、结构体和动态内存管理是后面学习数据结构的基础。正所谓基础不牢,地动山摇,还不快来跟着我的脚步一起学习。
目录
一、为什么存在动态内存分配
二、动态内存函数介绍
三、常见的动态内存函数的错误
1、为什么存在动态内存管理
我们已经掌握的内存开辟方式有:
int a=10;//在栈空间开辟四个字节int arr[10]={0};//在栈空间上开辟10个字节连续存放的空间
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内存开辟了。
我们先了解一下动态内存管理的是哪一块内存呢?
我们知道,内存分为栈区、堆区和静态区
栈区:存放局部变量、函数的形式参数等,只要是这种临时状态的变量,我们一会就不用的,都是在栈区开辟的。
静态区:存放全局变量、静态变量等
堆区:动态内存分配
所以我们动态内存管理的是堆区 。
2.动态内存函数的介绍
C语言中提供了malloc、calloc、realloc这三个函数来进行动态内存开辟。
C语言中还提供了free函数用来做动态内存的释放和回收的。
2.1 malloc和free
void* malloc (size_t size);
头文件
size 是要申请的字节数
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起始指针。
- 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。
#include #include int main(){int* p = (int*)malloc(40);if (p == NULL){perror("malloc");return 1;}int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){*p = i;p++;}return 0;}
这里p的类型是 int* ,p是指向malloc申请内存的起始地址,对p进行解引用就拿到了这四个字节,在对p加1就跳过这四个字节,所以这里我们只用循环10次就行了。
如下图所示:
调试结果:
既然能申请空间那么就能释放空间。
释放空间用free函数
void free (void* ptr);
头文件
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。
#include #include int main(){int* p = (int*)malloc(40);if (p == NULL){perror("malloc");return 1;}int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){*p = i;p++;}free(p);return 0;}
如果你是这样写的话,那你就错了。因为你的p一直在++,p已经指向后面了,而我们释放的是从起始位置开始向后的空间,所以我们要拿到的是这块空间的起始地址才能释放。
#include #include int main(){//申请空间int* ptr = (int*)malloc(40);int* p = ptr;if (p == NULL){perror("malloc");return 1;}int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){*p = i;p++;}//释放空间free(ptr);ptr = NULL;return 0;}
这里释放空间了之后,一定要将ptr制成NULL,因为你释放完这块空间之后,ptr还是指向这个空间的地址,但是这个空间已经没了,ptr就成了野指针了,所以我们要把ptr=NULL。
注:free是用来释放的必须是动态内存开辟的空间。
int main(){int p = 10;free(p);}
这样写的话它是什么都不会发生。
如果不释放会怎么样呢?
当我们不释放动态申请的内存的时候
- 如果程序结束,动态申请的内存由操作系统回收
- 如果程序不结束,动态内存是不会自动回收的,就会形成内存泄露的问题。(内存泄露就相当于这块内存不知道什么原因就被吞掉了,就是说无缘无故内存就变少了)
2.2 calloc
void* calloc (size_t num, size_t size);
头文件
- 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:
#include #include int main(){//申请10个整形空间int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));//calloc申请的空间会被初始化为0return 0;}
调试结果:
下面让我们使用一下calloc
#include #include int main(){//申请10个整形空间int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));//calloc申请的空间会被初始化为0if (p == NULL){perror("calloc");return 1;}int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", *(p + i));}free(p);p = NULL;return 0;}
运行结果:
2.3 realloc
有时候我们并不能知道我们到底需要多少内存空间,如果空间不够了怎么办,那为了合理的分配
内存,我们就会对内存的大小做灵活的调整。而 realloc 函数正好可以做到对动态开辟内存大小的调整。
void* realloc (void* ptr, size_t size);
头文件
- ptr 是要调整的内存的起始地址
- size 调整之后新大小
- 返回值为调整之后的内存起始位置。
重点:
#include #include int main(){//申请空间int* ptr = (int*)malloc(40);if (ptr == NULL){perror("malloc");return 1;}int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){*(ptr + i) = i;}realloc(ptr, 80);//释放空间free(ptr);ptr = NULL;return 0;}
以上面代码为例
realloc 扩容有两种情况:
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
如图所示:
realloc 函数使用
#include #include int main(){//申请空间int* ptr = (int*)malloc(40);if (ptr == NULL){perror("malloc");return 1;}int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){*(ptr + i) = i;}int *p=realloc(ptr, 80);if (p!=NULL){ptr = p;}//释放空间free(ptr);ptr = NULL;return 0;}
3、常见的动态内存错误
3.1 对NULL指针的解引用操作
看代码
#include #include int main(){int* p = (int*)malloc(1000);int i = 0;for (i = 0; i < 250; i++){*(p + i) = i;}free(p);p = NULL;return 0;}
如果你是向上面这种写法的话,编译器会报一个警告。
警告如下:
解决办法:对malloc函数的返回值进行一个判NULL处理。
#include #include int main(){int* p = (int*)malloc(1000);if (p == NULL){return 1;}int i = 0;for (i = 0; i < 250; i++){*(p + i) = i;}free(p);p = NULL;return 0;}
3.2 对动态开辟空间的越界访问
#include #include int main(){int* p = (int*)malloc(100);if (p == NULL){return 1;}int i = 0;for (i = 0; i <= 250; i++)//越界访问{*(p + i) = i;}free(p);p = NULL;return 0;}
这里就形成了越界访问。
程序就会出现debug。
解决办法:自己对循环的范围要有自己的判断,对内存边界经行检查。
3.3 对非动态开辟内存使用free释放
#include #include int main(){int a = 10;int* p = &a;free(p);p = NULL;return 0;}
这里就是对非动态开辟内存使用free释放,这里是不用我们自己回收这块空间的,编译器自动会回收。
解决办法 :不要随便乱用free释放空间,free只能释放动态开辟的空间。
3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分
#include #include int main(){int* p = (int*)malloc(100);if (p == NULL){return 1;}//使用int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){*p = i;p++;}free(p);p = NULL;return 0;}
这里p没有指向它的起始位置,就释放了这块空间,导致程序出现debug。
正确写法:
#include #include int main(){int* ptr = (int*)malloc(40);int* p = ptr;if (p == NULL){perror("malloc");return 1;}int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){*p = i;p++;}free(ptr);ptr = NULL;return 0;}
解决办法:我们必须要让指针指向动态开辟的内存空间的起始地址才能释放。
3.5 对同一块动态内存多次释放
#include #include int main(){int* p = (int*)malloc(100);if (p == NULL){return 1;}free(p);free(p); p=NULL;return 0;}
可不能这样对同一块动态内存多次释放,否则又又又会出现debug。
解决办法:free只用一次就够了。
3.6 动态开辟内存忘记释放(内存泄漏)
#include #include int main(){int* p = (int*)malloc(100);if (p == NULL){return 1;}return 0;}
这里就是忘记释放不再使用的动态开辟的空间就造成了内存泄漏。
解决办法:切记:动态开辟的空间一定要释放,并且正确释放。
以上讲的都是错误的写法,这里列举出来是为了以后写代码的时候能避免这些错误,可不要把错误的写法给学进去了,那我可就太冤了。
今天就分享到这了。
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