前言
本篇博客就来探讨一下动态内存,说到内存,我们以前开辟空间大小都是固定的,不能调整这个空间大小,于是就有动态内存,可以让我们自己选择开辟多少空间,更加方便,让我们一起来看看动态内存的有关知识吧
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目录
1.什么是动态内存
首先我们要搞清楚什么是动态内存的分配?
平常我们定义的数组,都是在栈区分配的空间,都是分配的空间都是固定的大小
这种分配固定大小的内存分配方法称之为静态内存分配
与静态内存相对的,就是可以控制内存的分配的动态内存分配
注意:这里动态内存分配的空间是在堆区申请的,不是在栈区申请的
我们再来看看内存各个空间都是什么
2. malloc和free
我们来了解下动态内存的函数,对了以下所有函数的头文件都是<stdlib.h>
2.1 malloc
C语言提供了一个动态内存开辟的函数:
void * malloc ( size_t size);
这个函数向内存申请一块连续可用的空间,并返回指向这块空间的指针。
注意:
• 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
2.2 free
void free ( void * ptr);
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int num = 0;
scanf("%d", &num);
int arr[num] = {0};
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;//是否有必要?
return 0;
}
看这个例子就是典型的动态内存的开辟和回收,malloc开辟空间,然后判断一下是不是开辟空间失败,若失败返回空指针,当动态内存你使用完毕之后,用free释放,释放后的指针是野指针,记得置空。
3. calloc和realloc
3.1 calloc
void * calloc ( size_t num, size_t size);
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
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;
}
输出结果:
0 0 0 0 0 0 0 0 0 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
void * realloc ( void * ptr, size_t size);
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int *ptr = (int*)malloc(100);
if(ptr != NULL)
{
//业务处理
}
else
{
return 1;
}
//扩展容量
//代码1 - 直接将realloc的返回值放到ptr中
ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//这样可以吗?(如果申请失败会如何?)
//代码2 - 先将realloc函数的返回值放在p中,不为NULL,在放ptr中
int*p = NULL;
p = realloc(ptr, 1000);
if(p != NULL)
{
ptr = p;
}
//业务处理
free(ptr);
return 0;
}
realloc在vs上,是情况2的情况,自动释放旧的动态空间,在新的动态空间里开辟更大的空间,自动把就空间的数据拷贝一份到新空间,返回新空间的初始指针,所以不用再用free释放旧空间,只需释放realloc开批的新空间,记住realloc开辟的新空间也有可能开辟失败,若开辟失败,返回空指针。
4. 常见的动态内存的错误
4.1 对NULL指针的解引用操作
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);}
看这个代码,这个动态内存开辟的空间没有判断p是不是空指针,有可能内存开辟失败返回空指针,若对空指针解引用,就会非法访问出错。
4.2 对动态开辟空间的越界访问
void test (){int i = 0 ;int *p = ( int *) malloc ( 10 * sizeof ( int ));if ( NULL == p){exit (EXIT_FAILURE);}for (i= 0 ; i<= 10 ; i++){*(p+i) = i; // 当 i 是 10 的时候越界访问}free (p);}
仔细看这个i,当它等于10时,已经不算动态内存的开辟访问的空间范围内,是越界访问,
4.3 对非动态开辟内存使用free释放
void test (){int a = 10 ;int *p = &a;free (p); //ok?}
这个free只能对动态内存的空间释放,注意这一点
4.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分
void test (){int *p = ( int *) malloc ( 100 );p++;free (p); //p 不再指向动态内存的起始位置}
这个p指针发生改变,不在指向动态内存的起始位置,释放时只释放p现在指向的位置空间,所以只释放一部分,另一部分没释放,造成内存泄漏
4.5 对同一块动态内存多次释放
void test (){int *p = ( int *) malloc ( 100 );free (p);free (p); // 重复释放}
一个动态内存的开辟只能释放一次,不能多次释放
4.6 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 );}
这个test函数返回时,函数空间释放,所以找不到动态内存的的地址了,但动态内存空间还没释放,并且也释放不了,就成为内存泄露的问题
5. 动态内存经典笔试题分析
5.1 题目1:
void GetMemory ( char *p){p = ( char *) malloc ( 100 );}void Test ( void ){char *str = NULL ;GetMemory(str);strcpy (str, "hello world" );printf (str);}
当这个GetMemory函数返回时,函数空间释放,访问不到动态内存的空间了。但动态内存没释放,形成内存泄漏,由于形参是实参的临时拷贝,不影响str依旧是空指针,对空指针访问,程序崩溃
5.2 题目2:
char * GetMemory ( void ){char p[] = "hello world" ;return p;}void Test ( void ){char *str = NULL ;str = GetMemory();printf (str);}
首先注意这个GetMemory函数里是栈空间的变量数组,随着函数的释放,这个变量的空间也会释放,你虽然返回了数组首元素的地址,但是这个空间已经交还给系统,无权访问了,是野指针,所以我不确定到底能不能再次访问到这个数组,有可能还没有被系统把这个空间覆盖成其他内容,有可能访问到
5.3 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);}
这个是传str地址过去,是传址调用,那就用二级指针的形参接收,对二级指针解引用,将动态内存的首地址通过传址调用,让str接收到,所以此刻虽函数空间释放了,但我的动态内存的首地址拿到了,所以此刻这个str不是空指针了,可以strcpy,但可惜这个代码最终忘记释放str了,只有这一个小问题
5.4 题目4:
void Test ( void ){char *str = ( char *) malloc ( 100 );strcpy (str, "hello" );free (str);if (str != NULL ){strcpy (str, "world" );printf (str);}}
提早释放动态内存,但是只是对这个动态内存的空间没有访问的权限了,地址还是在的,通过strcpy,访问了动态内存的空间,这就是非法访问了,也就是说在没释放前,hello被拷贝过去,释放后,world无法拷贝过去
6. 柔性数组
struct st_type{int i;int a[ 0 ]; // 柔性数组成员};
有些编译器会报错无法编译可以改成:
struct st_type{int i;int a[]; // 柔性数组成员};
6.1 柔性数组的特点:
typedef struct st_type{int i;int a[ 0 ]; // 柔性数组成员}type_a;int main (){printf ( "%d\n" , sizeof (type_a)); // 输出的是 4return 0 ;}
6.2 柔性数组的使用
// 代码 1# include <stdio.h># include <stdlib.h>int main (){int i = 0 ;type_a *p = (type_a*) malloc ( sizeof (type_a)+ 100 * sizeof ( int ));// 业务处理p->i = 100 ;for (i= 0 ; i< 100 ; i++){p->a[i] = i;}free (p);return 0 ;}
这样柔性数组成员a,相当于获得了100个整型元素的连续空间。
6.3 柔性数组的优势
// 代码 2# include <stdio.h># include <stdlib.h>typedef struct st_type{int i;int *p_a;}type_a;int main (){type_a *p = (type_a *) malloc ( sizeof (type_a));p->i = 100 ;p->p_a = ( int *) malloc (p->i* sizeof ( int ));// 业务处理for (i= 0 ; i< 100 ; i++){p->p_a[i] = i;}// 释放空间free (p->p_a);p->p_a = NULL ;free (p);p = NULL ;return 0 ;}
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。
连续的内存有益于提高访问速度,也有益于减少内存碎片。(其实,我个人觉得也没多高了,反正你跑不了要用做偏移量的加法来寻址)
结束语
动态内存的存储算是总结完了,动态内存我个人感觉也算是比较难,有点绕,可以多来回看看这篇博客,有什么问题跟我讨论,下一篇博客见
OK感谢观看!!!