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第二十一章（动态内存管理）

news 2025/7/10 3:05:29

1. 为什么要有动态内存分配

2. malloc和free

3. calloc和realloc

4. 常⻅的动态内存的错误

5. 动态内存经典笔试题分析

6. 总结C/C++中程序内存区域划分

1.为什么要有动态内存管理
我们目前已经掌握的内存开辟方式有

int main()
{int num = 0;  //开辟4个字节int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6 };return 0;
}

但是上边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，
数组空间一旦确定大小就不能调整

解决方法：
在这里插入图片描述
二、malloc和free
2.1 malloc
c语言提供了一个动态内存开辟的函数：

这个函数向内存申请的是一块连续可用的空间，并返回指向这块空间的指针

1.开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针

2.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.返回类型的是void * ，所以malloc函数并不知道开辟空间的类型，具体在使用者使用的时候自己来选择

4.如果参数size为0，malloc函数的行为标准是为定义的，取决于编译器。

2.2 free
c 语言还提供了另一个函数free，是专门用来做动态内存的释放和回收的（一般是要与malloc函数同时使用的），函数原型如下
在这里插入图片描述
1.如果参数ptr指向的空间不是动态开辟的，那么free函数是为定义的
2.如果参数ptr函数是NULL的话，则函数不需要做任何事

malloc 和free都在stdlib.h头文件中

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>int main()
{int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };int ret = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);int* ptr = NULL;ptr=(int *)malloc(ret * sizeof(int));  //开辟内存if (ptr != NULL){for (int i = 0; i < ret; i++){*(ptr + i) = i;printf("%d ", *(ptr + i));}}free(ptr);  //释放内存ptr = NULL;  //这一步是否有必要?//(这里的作用是防止如果再次使用ptr进行判断，可以避免进行的访问)return 0;
}

这里我们来画图解释一下
在这里插入图片描述
三、calloc和recallo
除了malloc函数以外c语言还提供了另外一个函数calloc函数，calloc函数也可以用来进行动态内存的分配。原型如下：

1.函数的功能是为num个大小为size的元素开辟一块空间，并且把每个字节初始化为。
2.与malloc函数的区别只在与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* pr = (int*)calloc(10, sizeof(int));if(pr!=NULL){for (int i = 0; i < 10; i++){printf("%d " ,*(pr+i));}}free(pr);pr = NULL;return 0;
}

在这里插入图片描述
这里我们可以知道如果我们想对申请的空间进行初始化的时候，就可以使用calloc函数来解决。

3.2
realloc函数的出现让动态内存的管理更加灵活。

在有些情况下我们会发现申请的空间会过大或者过小，这时候我们就可以用realloc函数来对我们开辟内存的大小进行调整。

这里我们来解释一下
1.ptr是要调整的内存地址
2.size是调整之后新大小
注意这个函数是在原有的内存大小的基础上，将原来的数据移动到新的空间中
3.realloc在调整内存空间是存在两种情况的
3.1 原有的空间有足够大的空间情况
3.2 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

由于这两种情况我们再使用realloc函数的时候就需要多注意一下

int main()
{int* ptr = (int*)malloc(25 * sizeof(int)); //这里是100个字节if (ptr != NULL){for (int i = 0; i < 50; i++){*ptr = i;printf("%d ", *ptr);}}//那么如果我们想要更大的内存呢？//int* ptr = realloc(ptr, 1000);//这种写法是有问题的，如果我们开辟了一块新的内存之后，还这样用那么可能就会导致访问的失败int* p = realloc(ptr, 1000);//用这种方式是最好的if (p != NULL) //判断如果p是不为空的话{ptr = p; // 把新地址赋给ptr，我们就可以使用ptr来操作新地址}free(ptr);ptr = NULL;return 0;}

四、常见的动态内存的错
这里我们来举几个例子
1.

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);}

这个是没有判断指针是否为NULL的情况

2.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);}

void test()
{int a = 10;int* pr = &a;*pr = 10;free(pr);  //对非动态内存地址进行释放pr = NULL;  
}int main()
{test();return 0;
}

void test()
{int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));p++;free(p);  //释放的位置不是起始位置return 0;
}int main()
{test();return 0;
}

void test(){int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));free(p);free(p);  //多次释放return 0;}int main(){test();return 0;}

void test()
{int i = 0;int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));if (NULL == p){exit(EXIT_FAILURE);}for (i = 0; i <= 9; i++){*(p + i) = i;//当i是10的时候越界访问printf("%d ", *(p + i));}//没有释放内存，可能会导致内存泄露
}int main(){test();return 0;}


void GetMemory(char* p)
{p = (char*)malloc(100);//没有返回值
}
void Test(void)
{char* str = NULL;GetMemory(str);//这里的函数值没有接收，所以并没有什么用strcpy(str, "hello world");  //所以这里的str为0printf(str);
}int main()
{text();return 0;
}

该代码会报错

void Test(void)
{char* str = (char*)malloc(100); //这里没有判断是否为0strcpy(str, "hello");free(str);  //释放空间后没有置为0，可能就会导致内存泄露if (str != NULL){strcpy(str, "world");printf(str);}
}int main()
{Test();return 0;
}