C语言拯救者（动态内存管理--13）
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为什么存在动态内存分配
1.1 动态内存函数:malloc
作用：动态开辟内存空间
1.2 free
3.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自动回收。但是如果程序不结束，动态内存是不会自动回收的，就会形成内存泄露的问题
1.3 calloc
1.4 realloc
2. 常见的动态内存错误
2.1 对NULL指针的解引用操作，非法访问内存
2.2 对动态开辟空间的越界访问
2.3 对非动态开辟内存使用free释放
2.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分
2.5 对同一块动态内存多次释放
2.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
切记： 动态开辟的空间一定要释放，并且正确释放 。
3. 经典的笔试题
3.1 题目1：
3.2 题目2：
3.3 题目3：
3.4 题目4：
4. C/C++程序的内存分配的几个区域：
C99 中，结构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。
5.1 柔性数组的特点：
5.2 柔性数组的使用
5.3 柔性数组的优势
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。
3.动态内存管理分配的是堆区的内存
1.1 动态内存函数:malloc
作用：动态开辟内存空间
void *malloc( size_t size );
注意事项：
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.如果开辟失败，则返回一个NULL指针，因此malloc的返回值一定要做检查。
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include #include int main(){int* ptr = (int*)malloc(INT_MAX);if (ptr == NULL){perror("malloc");return 1;}return 0;}3.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（强转）。
int* ptr = (int*)malloc(40);4.开辟好空间后，结束使用时要释放空间，free函数用来释放动态开辟的内存
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。
1.2 free
int main(){int* ptr = (int*)malloc(40);int* p = ptr;//记住起始地址if (p == NULL){perror("malloc");//检查返回值return 1;}int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){*p = i;p++;}//释放空间free(ptr);p = NULL;//规避野指针return 0;}注意事项：
1.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。
2.如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做。
3.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自动回收。但是如果程序不结束，动态内存是不会自动回收的，就会形成内存泄露的问题
int main(){while (1){malloc(1000);//程序运行时观察内存使用情况}return 0;}1.3 calloc
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。
int main(){//int*p = (int*)malloc(40);//申请10个整形的空间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;}//使用int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", *(p + i));}free(p);p = NULL;return 0;}
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
1.4 realloc
void *realloc( void *memblock, size_t size );作用：调整动态开辟的内存空间，重新分配内存块
ptr 是要调整的内存地址 size 调整之后新大小
int main(){int*p = (int*)malloc(40);if (p == NULL){perror("malloc");return 1;}//使用int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){*(p + i) = i;//0 1 2 3 4 5 6 7 8 9}//空间不够，希望能放20个元素，考虑扩容 //p = (int*)realloc(p, 80);//错误的写法，万一空间不够，把原地址也弄丢了int*ptr = (int*)realloc(p, 80);if (ptr != NULL){p = ptr;//考虑如果扩容失败，也要判断realloc的返回值}//扩容成功了，开始使用//不再使用，就释放free(p);p = NULL;return 0;}注意事项：
1.返回值为调整之后的内存起始位置。
2.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。
2. 常见的动态内存错误
2.1 对NULL指针的解引用操作，非法访问内存
int main(){int* p = (int*)malloc(1000);int i = 0;//使用for (i = 0; i < 250; i++){*(p + i) = i;}return 0;}
正确写法
int main(){int* p = (int*)malloc(1000);int i = 0;if (p == NULL){//....return 1;}//使用for (i = 0; i < 250; i++){*(p + i) = i;}free(p);p = NULL;return 0;}解决办法：对malloc函数的返回值进行判断
2.2 对动态开辟空间的越界访问
int main(){int* p = (int*)malloc(100);int i = 0;if (p == NULL){//....return 1;}//使用for (i = 0; i <= 25; i++)//越界访问了{*(p + i) = i;}return 0;}解决办法：对内存边界要检查
2.3 对非动态开辟内存使用free释放
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。
int main(){int a = 10;int* p = &a;//.....free(p);p = NULL;return 0;}解决办法：给自己几个大逼兜
2.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分
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++;}//释放空间free(p);//errp = NULL;return 0;}解决方法：此时p指针已经不指向起始地址了，p指向第十一个整形空间，如果我们释放空间，就必须在起始地址释放空间
2.5 对同一块动态内存多次释放
int main(){int* p = malloc(100);if (p == NULL)return 1;free(p);//....free(p);//errp = NULL;return 0;}2.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
void test(){int* p = malloc(100);//使用if (1)return;//没有释放，也没人知道起始地址free(p);p = NULL;}int main(){test();//.....while (1){;}return 0;}实际情况：程序运行着突然挂了，打开后可以正常运行，但过一段时间又挂了，就是因为malloc一直在吃内存，最后内存耗干
切记： 动态开辟的空间一定要释放，并且正确释放 。
3. 经典的笔试题
3.1 题目1：
#include #include void GetMemory(char *p){ p = (char *)malloc(100);}void Test(void){ char *str = NULL; GetMemory(str); strcpy(str, "hello world"); printf(str);//正常写法，printf只需要知道字符串地址即可打印}int main(){Test();return 0;}运行结果：程序崩溃
分析原因：
1.str是指针变量，char* p也是指针变量，p是str的临时拷贝，传的不是str地址，而是传过去的是str本身形参NULL，GetMemory函数中创建的局部变量出函数就销毁，malloc开辟的100个字节内存空间，其中起始地址存放在p中，出函数地址p被销毁了，存在内存泄漏。
2.strcpy（NULL，“hello world”）进行拷贝，对NULL指针解应用，非法内存访问，这一步程序崩溃
正确修改：
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();return 0;}3.2 题目2：
char *GetMemory(void){ char p[] = "hello world"; return p;}void Test(void){ char *str = NULL; str = GetMemory(); printf(str);}int main(){Test();return 0;}运行结果：
分析原因：函数结束后char p数组销毁，返回p的地址（此时p指针是野指针）再打印，造成非法访问内存。
3.3 题目3：
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;}运行结果：打印hello
分析原因：p没有判断是否为NULL指针；同时malloc申请的空间没有释放，我们只需要free，再置为NULL指针即可
3.4 题目4：
void Test(void){ char *str = (char *) malloc(100); strcpy(str, "hello"); free(str); if(str != NULL) { strcpy(str, "world"); printf(str); }}int main(){Test();return 0;}运行结果：
分析原因：拷贝完后free释放，malloc空间已经回收，但是str指针还记得起始地址， 还去拷贝使用str的空间，非法操作，造成野指针
所以当我们free完后马上把指针置为NULL，一个好习惯
4. C/C++程序的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。
实际上普通的局部变量是在栈区分配空间的，栈区的特点是在上面创建的变量出了作用域就销毁。
但是被static修饰的变量存放在数据段（静态区），数据段的特点是在上面创建的变量，直到程序 结束才销毁 所以生命周期变长。
5. 柔性数组
C99 中，结构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。
typedef struct st_type{ int i; int a[0];//柔性数组成员,写成0不代表0个元素，而是代表大小是未知的//int a[];//另一种写法}type_a;柔性数组必须得使用动态内存方式才能使用
5.1 柔性数组的特点：
struct S3{int num;//4int arr[];//柔性数组成员};int main(){printf("%d\n", sizeof(struct S3));//?return 0;}打印出来是4个字节
结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。
sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。
包含柔性数组成员的结构用malloc ()函数进行内存的动态分配，并且分配的内存应该大于结构的大 小，以适应柔性数组的预期大小。
struct S3{int num;//4int arr[];//柔性数组成员};int main(){struct S3* ps = (struct S3*)malloc(sizeof(struct S3)+40);//不能只开辟4个空间 //假设我们希望数组能存放10个整形，+40，malloc总体开辟大小是44个字节 //前4个字节给了num，后40个字节给了arrreturn 0;}5.2 柔性数组的使用
struct S3{int num;//4int arr[];//柔性数组成员};int main(){struct S3* ps = (struct S3*)malloc(sizeof(struct S3)+40);if (ps == NULL){perror("malloc");return 1;}int i = 0;//扩容struct S3* ptr = (struct S3*)realloc(ps, sizeof(struct S3)+80);if (ptr == NULL){perror("realloc\n");return 1;}else{ps = ptr;}for (i = 0; i arr[i] = i;}for (i = 0; i arr[i]);}//释放free(ps);ps = NULL;return 0;}
realloc可对arr柔性数组调整大小
但是我们为什么要搞出来一个柔性数组的概念呢？我们换一种写法是不是也可以模拟柔性数组？
struct S4{int num;int* arr;};int main(){struct S4* ps = (struct S4*)malloc(sizeof(struct S4));//让struct S4也放到堆上去if (ps == NULL){return 1;}ps->arr = (int*)malloc(40);if (ps->arr == NULL){free(ps);ps = NULL;return 1;}//使用//...//释放free(ps->arr);ps->arr = NULL;free(ps);ps = NULL;return 0;}
5.3 柔性数组的优势
使用柔性数组第一个好处是：方便内存释放
S4模拟柔性数组时，要释放内存必须得先释放arr指向的空间，再释放arr指针，而柔性数组是一次malloc出来，只需一次释放
如果我们的代码是在一个给别人用的函数中，你在里面做了二次内存分配，并把整个结构体返回给 用户。用户调用free可以释放结构体，但是用户并不知道这个结构体内的成员也需要free，所以你 不能指望用户来发现这个事。所以，如果我们把结构体的内存以及其成员要的内存一次性分配好 了，并返回给用户一个结构体指针，用户做一次free就可以把所有的内存也给释放掉。
第二个好处是：这样有利于访问速度.
连续的内存有益于提高访问速度，也有益于减少内存碎片（提高内存利用率）。CPU在寄存器中拿取数据，根据局部性原理数据在被访问时，会把周围数据加载到寄存器中，当访问到后面数据时，这时候CPU访问数据时在寄存器中命中概率会高一些。
如果在寄存器中没有发现数据，CPU会去缓存->内存拿取，直到找到对应数据