动态内存管理(1)

1. 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。

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存开辟了。


2. 动态内存函数的介绍

2.1 malloc

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。

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。

 例子:申请一块空间,用来存放10个整型

int main()
{
	void* p = malloc(10 * sizeof(int));
	return 0;
}

 这种方法是对的,但是我们是用来存放10个整型的,所以更好的方式是使用强制类型转换。

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10*sizeof(int));
	return 0;
}

这样的话p就可以直接使用了,一步到位。我们要使用这块空间干什么就转换成什么类型。

malloc如果开辟成功则会返回空间的起始地址,如果开辟失败的话,会返回一个空指针。

所以开辟完之后我们要判断一下是不是返回了NULL。

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	return 0;
}

如果开辟的空间太大了,则会开辟失败。

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(INT_MAX*4);
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	return 0;
}

如果我们不进行判断的话,万一开辟失败,我们还去使用这块空间,则会对空指针进行解引用,会发生错误。

需要注意的是malloc申请的空间是在堆区。 、

那我们怎么使用这块申请的空间呢?p是这块空间的起始位置的地址,所以就跟数组名一样。那我们就可以通过p找到这些地址,然后进行赋值。

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10*sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));
	}
	return 0;
}

2.2 free

void free (void* ptr);

malloc函数申请的空间有两种释放方式

1.free-主动释放

2.程序退出后,操作系统回收-被动释放

 如果程序一直没有退出,一直在使用这块空间,那么就会出问题,这是不好的事情。

所以我们在使用完这块空间后要free主动释放。如果我们不释放,也要交代给别人释放。

 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。

 free的参数是要释放空间的起始地址。

	free(p);
	p = NULL;

这是释放前: 

这是释放后:

那这还是一样的啊,那么free到底干了什么呢·?

free申请的空间还给操作系统,但是地址还是一样的,但是属于是野指针,所以要置为空指针。

free只能释放动态开辟的空间,不是动态开辟的空间不能用free释放。

如果参数是NULL,那么free什么都不做。


2.3 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。

开辟方法: 

int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	return 0;
}

 先来看看malloc开辟的空间有没有初始化:

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	//打印
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d\n", *(p + i));
	}
	//释放
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

可以看出这是个随机值。

在看看calloc开辟的空间有没有初始化:

int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10,sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror("calloc");
		return 1;
	}
	//打印
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d\n", *(p + i));
	}
	//释放
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

可以看出calloc开辟的空间将每个字节都初始化为0了。 


2.4 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。

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。
realloc在调整内存空间的是存在两种情况:
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

情况1:
当是情况1 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。

情况2
当是情况2 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

需要注意的是realloc空间也可能会失败,失败时返回NULL。所以我们尽量不要用原来的那块空间的起始地址来接收,先使用另外一块空间来接收,然后判断是不是NULL。如果不是NULL,则拿p接收这块空间。

	int* pr=(int*)realloc(p, 20 * sizeof(int));
	if (pr == NULL)
	{
      p=pr;
	}

realloc开辟空间第一种情况是后面的空间足够,则直接开辟。 

第二种情况是后面的空间不够 ,则会寻找一块新的空间,一次性进行开辟,然后将旧的空间释放掉,将数据拷贝到新的空间,但是对于使用者来说是一样的,然后realloc会返回新的空间的起始地址。


3. 常见的动态内存错误

3.1 对NULL指针的解引用操作

如果不对返回的空间进行判断,万一是NULL,则会对NULL进行解引用操作。

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);
}

3.2 对动态开辟空间的越界访问

动态开辟的空间也是有范围的,如果越界访问也是会出错的。

void test()
{
	int i = 0;
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (NULL == p)
	{
		perror("malloc");
	}
	for (i = 0; i <= 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;//当i是10的时候越界访问
	}
	free(p);
}

3.3 对非动态开辟内存使用free释放

free只能对动态开辟的空间进行释放,如果对非动态开辟内存进行free释放,则会出错。

void test()
{
	int a = 10;
	int* p = &a;
	free(p);
}

3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

只释放开辟的空间的一部分也是不行的,要全部释放,必须是起始位置,所以在写代码的时候,尽量不要改变开辟的起始位置,如果要使用的话可以使用一个新的变量,将起始位置赋给这个变量。

void test()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	p++;
	free(p);//p不再指向动态内存的起始位置
}

3.5 对同一块动态内存多次释放

重复释放也是会出错的,一块空间只能释放一次,如果要避免这个问题,可以在第一次free之后将这块空间置为NULL,这样第二次释放就不会出错。

void test()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	free(p);
	free(p);//重复释放
}

3.6 动态开辟内存忘记释放(内存泄漏)

这种情况是使用了这块空间之后没有进行释放,test函数出来了之后也不能进行释放了,不知道这个空间在哪里,因为出了test之后p这个局部变量就不存在了,就属于内存泄漏。解决方法是return p,返回给别人释放。

void test()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	if (NULL != p)
	{
		*p = 20;
	}
}
int main()
{
	test();
	while (1);
}

今天的分享到这里就结束啦!谢谢老铁们的阅读,让我们下期再见。