动态内存管理

一. 存在动态内存分配的原因

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

上面的开辟空间的方式有两个特点：

空间开辟大小是固定的。

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。

但是有时我们需要的空间大小在程序运行的时候才能知道，这时候就要用动态内存开辟了。

二. 动态内存函数

（1）malloc和free

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。

C语言提供了另外一个函数free，专门是用来做动态内存的释放和回收的，函数原型如下：

void free (void* ptr);

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 <stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{    
       int num = 0;
       scanf("%d", &num);     
       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      
       return 0;
}

（2）calloc

calloc函数也用来动态内存分配。

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。

（3）realloc

realloc函数可以对动态开辟内存的大小进行调整。

void* realloc (void* ptr, size_t size);

ptr是要调整的内存地址 size 调整之后新的大小。

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在调整内存空间的时候存在两种情况： 

原有空间之后有足够大的空间；

原有空间之后没有足够大的空间。

当是情况1 的时候，要扩展内存就直接在原有内存之后直接追加空间，原来空间的数据不发生变化。

当是情况2 的时候，原有空间之后没有足够多的空间，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。

#include <stdio.h>
int main()
{
       int *ptr = malloc(100);
       if (ptr != NULL)
       {     
              //业务处理
       }    
       else    
       {
              exit(EXIT_FAILURE);
       }    
       //扩展容量   
       int*p = NULL;
       p = realloc(ptr, 1000);
       if(p != NULL)   
       {    
              ptr = p;  
       }   
       //业务处理    
       free(ptr);   
       return 0;
}

三. 常见的动态内存错误

（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);
}

（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);
}

（3）对非动态开辟内存使用free释放

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

（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
}

（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
}

（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);
}

动态开辟的空间一定要释放，而且要正确释放。

四. C/C++程序的内存开辟

１.C/C++程序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

五. 柔性数组

１.什么是柔性数组

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[];//柔性数组成员
}type_a;

２.柔性数组的特点

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。

３.柔性数组的使用

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);

柔性数组成员a，相当于获得了100个整型元素的连续空间。

４.柔性数组的优势

（1）方便内存释放

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，并返回一个结构体指针，只需要做一次free就可以把所有的内存也给释放掉。

（2）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。

最后

以上就是英勇抽屉为你收集整理的动态内存管理的全部内容，希望文章能够帮你解决动态内存管理所遇到的程序开发问题。

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