【C语言】小王带您轻松实现动态内存管理（简单易懂）

1.如果开辟成功则返回一个指向开辟好空间的指针。

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。

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。

4.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。

void*的返回类型使用的时候根据情况强制类型转换

C语言还提供free函数专门是用于做动态内存的释放和回收的函数原型如下

free函数是用来释放动态开辟的内存

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。会报错

2.如果参数 ptr 是NULL指针则函数什么事都不做。

图文演示

头文件要加上 malloc.h

代码演示

int main()
{
	int num = 0;
	scanf("%d", &num);
	//int arr[num] = { 0 };   num 在 [] 中
	//VS 不支持这样但是可以使用动态内存函数实现动态数组
	int* ptr = (int*)malloc(sizeof(int) * num);
	if (NULL == ptr) {//进行判断是否创建成功
		perror("malloc::ptr");	
	}
	else {
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			*(ptr + i) = i;
		}
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			printf("%d ", *(ptr + i));
		}
		free(ptr);  //使用free函数释放动态申请的ptr
		ptr = NULL;  //将ptr  free之后置为NULL防止野指针非法访问
	}

	return 0;
}

而且malloc函数创建的空间不会进行初始化里面存放的是随机值如图

1.2 calloc

calloc函数也是C语言提供的用来动态内存分配原型如下

calloc函数介绍

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。

实操图文分析

代码演示

int main()
{
	int num = 0;
	int* ptr = (int*)calloc(10, sizeof(int));//使用calloc函数
	for (int i = 0; i < 10; i++) {
			*(ptr + i) = i;
		}
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			printf("%d ", *(ptr + i));
		}
		free(ptr);//free 动态申请的ptr
		ptr = NULL;//置为NULL防止野指针越界访问
	return 0;

}

对于calloc动态申请的空间是否每一个字节都变为0呢我们来看下图

这也是calloc和malloc函数的最大的区别是否自动初始化前者有后者无

1.3 realloc

realloc也是C语言提供的动态内存申请函数使得动态内存管理更加灵活。本质是可以对已经动态申请过的空间进行增容是更加灵活的。

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。

函数原型如下并对两个形参ptr和size进行分析

如上图

1.ptr可以为NULL相当于malloc一个新的空间ptr是要调整的内存地址

2.size同样可以为0则返回值取决于特定的库实现它可能是空指针也可能是不应取消引用的其他位置。size是调整之后的大小

3.返回值为调整之后的内存起始位置。

4.这个函数调整原内存空间大小的基础上还会将原来的数据移动到新空间。

1.3.1 realloc调整内存空间的时候有两种情况

第一种情况当原有空间之后的内存空间足够的时候

第二种情况当原有空间之后的内存空间不够时

如图所示

因为这两种情况是随机发生的不能控制必须使用哪一种所以我们就要小心一个事情不要用原来动态开辟的变量ptr来直接接收realloc应该创建临时变量接收先判空之后再赋值给ptr

代码图示

可以自行测试

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int)*10);
	if (p == NULL) {
		perror("malloc::p");
	}
	else {
		printf("%p\n", p);
	}
	int* ptr = (int*)realloc(p, sizeof(int) * 20);//创建临时变量
//如果使用 int* p = (int*)realloc(p,....这样的话如果创建失败返回NULL
//这样的话p的内容就没有了所以创建临时变量ptr然后下面判空之后可以交换
	if (NULL == ptr) {
		perror("realloc::ptr");
	}
	else {
		p = ptr;
		ptr = NULL;
		printf("%p\n", p);
	}

	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

二、常见动态内存错误案例分析

2.1 对于NULL指针的解引用操作

意思就是要学会使用动态内存函数的时候吗要进行判空不然谁知道有没有问题NULL

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
	*p = 10;//这个时候谁知道p是不是NULL如果是NULL那么这就是非法访问是错误
	free(p);
    return 0;
}

2.2 对动态开辟空间的越界访问

就是说开辟多少空间就是多少空间不能越过这个字节数的界限访问空间外的地址

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
	if (NULL == p) {
		perror("malloc::p");
	}
	else {
		for (int i = 0; i < 100; i++) {
			*(p + i) = i + 1;//当i等于10的时候就开始越界访问
		}
		for (int i = 0; i < 11; i++) {
			printf("%d ", *(p + i));
		}
		free(p);
		p = NULL;
	}
	return 0;
}

和数组一样不要越界不需要多想什么额外的东西

2.3 对非动态开辟内存使用free释放

free可以放置NULL进去不会报错但是不能放非动态开辟的内存会报错

图示分析free函数

代码演示

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
	int a = 10;
	free(&a);//非动态内存开辟的会报错
//free(NULL);  //没有什么反应程序正常
	return 0;
}

2.4 使用free释放了动态开辟内存的一部分

就是说如果动态开辟内存之后的p指针的位置发生改变的话再去释放free(p)只是释放一部分

代码演示

//举例
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
	p++;
	free(p);//这个的时候p向右移动一个整型字节空间再进行释放那么先前那个空间就没被释放
	return 0;
}

2.5 对同一块动态内存进行多次释放

多次释放会报错的

图示

2.6 动态开辟空间忘记释放内存泄漏

所以我们要养成当一个动态空间不用的时候就free他放置内存泄露

代码演示

int main()
{
	//test();
	while (1) {
		malloc(1);//一直申请就是不释放
	}
}

三、练习题

3.1 第一个

void GetMemory(char *p)
{
 p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
 char *str = NULL;
 GetMemory(str);
//改为传递地址就可以或者就是用str接收
//str= GetMemory(str);//实际上用临时变量接收更好
 strcpy(str, "hello world");
 printf(str);
//用完释放
//free(str);
//str=NULL;
}

1.传值操作就算p申请了空间也不会使得str发生改变所以str依旧是NULL不能有strcpy

2.内存泄漏 GetMemory(str);未释放p的空间

3.2 第二个

char *GetMemory(void)
{
//修改为
//static char p[] = "hello world";
 char p[] = "hello world";
 return p;
}
void Test(void)
{
 char *str = NULL;
 str = GetMemory();
 printf(str);
}

典型的返回栈地址问题p数组是局部变量确实是返回了p的地址给str但是GetMemory函数结束之后数组p的空间就没有再访问p的地址printfstr就会非法访问

3.3 第三个

void GetMemory(char **p, int num)
{
 *p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{
 char *str = NULL;
 GetMemory(&str, 100);
 strcpy(str, "hello");
 printf(str);
//修改为free(str);
//str=NULL;
}

没有释放str动态开辟的空间没有freestrstr=NULL

3.4 第四个

void Test(void)
{
 char *str = (char *) malloc(100);
 strcpy(str, "hello");
 free(str);
//修改意见
//str=NULL;
 if(str != NULL)
 {
 strcpy(str, "world");
 printf(str);
 }
}