C语言---动态内存管理

为什么要有动态内存分配

        我们在学习动态内存管理之前，一直都是通过开辟变量，或者是开辟数组的方式来在内存的栈区开辟空间的，但是这样的开辟方式有局限性，因为一旦开辟之后，它们的大小就无法改变，就缺少了很多的灵活性，但是动态内存管理就可以帮助我们解决这个问题，它是在堆区开辟空间的，并且它所开辟的空间是可大可小的。

动态内存开辟四大函数

        其实想要动态开辟内存空间非常的简单，我们只需要学会内存开辟四大函数就可以了。

        malloc和free

        malloc函数就是用来在内存的堆区开辟空间的，它的函数定义如下。

   void* malloc (size_t size);

   函数的形参表示所要开辟空间的字节大小，你想要开辟几个字节的空间，就给形参什么值，malloc函数是在堆区开辟的一块连续的空间，一旦开辟了空间，我们想要找到这块空间，就势必要只要它的起始地址值，而malloc函数的返回值就是这个作用，它返回的是开辟空间的起始地址，那为什么是void*类型的指针呢？原因就是我在开辟的时候，我也不知道要往这块空间里边存放什么类型的数据，或者说什么类型的数据都可以存放在我这块空间里边，所以一开始就给它返回的是void*类型的指针。还有一个值得注意的点就是malloc开辟空间如果失败的话，就会返回NULL值，所以我们需要对返回值进行判断。

        malloc函数的使用举例

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>//四大内存开辟函数都需要包含这个头文件int main()
{//假设现在我想要开辟40个字节的空间，并且像里边存放整型数据int* pi = (int*)malloc(40);//判断是否开辟成功//为NULL就代表开辟空间失败，perror打印开辟失败的原因//返回非0的值，C语言里边返回非0的值表示异常结束if (pi == NULL){perror("malloc");return 1;}//开辟成功，可以向这块空间里边存值for (int i = 0; i < 10; i++){*(pi + i) = i + 1;//存入1~10的值}//打印for (int i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", *(pi + i));}return 0;
}

        由上边的代码跟运行结果来看，好像似乎并没有什么问题，但malloc毕竟是动态开辟的空间，开辟了空间难道就不用回收的吗？答案是要回收的，上边的代码好像并没有回收，那怎么也可以运行呢，原因是当程序结束的时候，操作系统会自动帮你回收，不过如果日后的代码过长，或者是程序是一个7*24小时不停歇的运转的话，如果我们不主动回收，就会出现内存泄露的问题，所以如果这块动态开辟的内存你不再想要使用的时候，就请主动回收掉，free函数就是用来主动回收的。

        free：

   它的函数定义如下

   void free (void* ptr);

   它的形参的指针就指向的是动态开辟的起始地址的位置，如果给它传NULL，那么这个函数将什么都不会做。

   接下来我们对刚才的代码做一个完善   

        由图可见，释放代码其实就两行，但是至关重要。

        大家可能会有疑惑，释放完了空间之后，为什么还要将pi赋值为NULL指针，原因是因为刚才的pi指针接收了malloc动态开辟的空间，但是当free之后，刚才申请的那块空间已经被释放了，里边的数据也已经不是刚才存进去的数据了，而此时pi指针里边仍存放着那块空间的地址，这就形成了野指针，所以给它赋值为NULL。

        calloc和realloc

        calloc函数也是用来动态内存开辟空间的函数，它的函数定义如下

   void* calloc (size_t num，size_t size);

   函数的形参的意思就是为num个大小为size的元素开辟空间，并且calloc函数会把开辟的空间的每个字节都初始化为0。

        calloc函数的使用举例

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{//给10个大小为int类型的数据开辟空间//用malloc函数就相当于//malloc(10 * sizeof(int))；int* pi = (int*)calloc(10, sizeof(int));if (pi == NULL){perror("calloc");return 1;}//开辟成功，使用//calloc会自动的给申请的空间初始化为0for (int i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", *(pi + i));}//释放free(pi);pi = NULL;return 0;
}

        realloc函数是用来对我们动态申请的内存进行调整的。它的函数定义如下。

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

   ptr是要调整空间内存的起始地址。size为调整之后的新大小。返回值为调整后的内存的起始位置。

        对于realloc函数的重新调整空间大小，总共有三种情况。

        情况1：原有空间之后有足够的空间。

        情况2：原有的空间之后没有足够的空间。

        情况3：重新调整空间失败，返回NULL指针。

        realloc函数的使用举例

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{//申请空间int* pi = (int*)malloc(40);if (pi == NULL){perror("malloc");return 1;}//使用空间for (int i = 0; i < 10; i++){*(pi + i) = i++;}for (int i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", *(pi + i));}//内存不够，重新调整//注意，这个返回值不能用刚才的pi来接收，因为可能开辟空间失败返回NULL，这样就导致原来开辟的空间也找不到了。int* ptr = (int*)realloc(pi, 80);if (ptr == NULL){perror("realloc");return 1;}else//开辟成功{pi = ptr;ptr = NULL;}//继续使用........//释放空间free(pi);pi = NULL;return 0;
}