【C语言】想要节省空间，你必须要知道——动态内存管理 （附通讯录动态内存版源码）
1. 为什么存在动态内存分配
2. 动态内存函数的介绍
2.1 malloc
2.2 free
malloc和free通常配合一起使用：
2.3 calloc
2.4 realloc
3. 常见的动态内存错误
4. 几个经典的笔试题
题目1：
代码分析：
代码改正：
题目2：
代码分析：
代码改正：
题目3 ：
代码分析：
代码改正：
题目4 ：
代码分析：
代码改正：
5. 柔性数组
通讯录（动态储存版本）源码
（附通讯录动态内存版源码）)
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
C语言为我们提供了一个动态内存开辟的函数：
描述
C 库函数 void *malloc(size_t size) 分配所需的内存空间，并返回一个指向它的指针。
声明
void *malloc(size_t size)
参数
size – 内存块的大小，以字节为单位。
返回值
该函数返回一个指针 ，指向已分配大小的内存。如果请求失败，则返回 NULL。
注意点：
1.如果开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针。
2.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。
3.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。
4.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。
5.malloc开辟的内存空间是在堆上的，不会自动释放空间。
2.2 free
由于malloc是在堆空间上开辟内存，不会被自动释放，容易造成内存泄漏
这时候，C语言里提供了一个free函数，来人为释放动态内存开辟的空间，将空间还给操作系统
描述
C 库函数 void free(void *ptr) 释放之前调用 calloc、malloc 或 realloc 所分配的内存空间。
声明
void free(void *ptr)
参数
ptr – 指针指向一个要释放内存的内存块，该内存块之前是通过调用 malloc、calloc 或 realloc 进行分配内存的。如果传递的参数是一个空指针，则不会执行任何动作。
返回值
该函数不返回任何值。
注意：
1.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。
2.如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做。
3.通常在free完之后，要 ptr=NULL；将指针给置空，否则当释放了空间，这块空间的指针仍然存在，就会造成一个野指针
malloc和free通常配合一起使用：
举个栗子
2.3 calloc
描述
C 库函数 void *calloc(size_t nitems, size_t size) 分配所需的内存空间，并返回一个指向它的指针。malloc 和 calloc 之间的不同点是，malloc 不会设置内存为零，而 calloc 会设置分配的内存为零。
声明
void *calloc(size_t nitems, size_t size)
参数
nitems – 要被分配的元素个数。
size – 元素的大小。
返回值
该函数返回一个指针，指向已分配的内存。如果请求失败，则返回 NULL。
注意：
1.函数的功能是为 num 个大小为 size 的元素开辟一块空间，并且把空间的每个字节初始化为0。
2.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。
举个例子：
malloc不会初始化空间，cd就是随机值的意思
calloc会初始化空间为0
2.4 realloc
描述
C 库函数 void *realloc(void *ptr, size_t size) 尝试重新调整之前调用 malloc 或 calloc 所分配的 ptr 所指向的内存块的大小。
声明
void *realloc(void *ptr, size_t size)
参数
ptr – 指针指向一个要重新分配内存的内存块，该内存块之前是通过调用 malloc、calloc 或 realloc 进行分配内存的。如果为空指针，则会分配一个新的内存块，且函数返回一个指向它的指针。
size – 内存块的新的大小，以字节为单位。如果大小为 0，且 ptr 指向一个已存在的内存块，则 ptr 所指向的内存块会被释放，并返回一个空指针。
返回值
该函数返回一个指针 ，指向重新分配大小的内存。如果请求失败，则返回 NULL。
注意：
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：
情况1：原有空间之后没有足够大的空间
情况2：原有空间之后有足够大的空间
因为有两种情况的存在，所以我们在使用realloc函数的同时要注意检查返回的是否为空指针
3. 常见的动态内存错误
对NULL指针的解引用操作
对动态开辟空间的越界访问
对非动态开辟内存使用free释放
使用free释放一块动态开辟内存的一部分
对同一块动态内存多次释放
动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄漏。
切记： 动态开辟的空间一定要释放，并且正确释放 。
4. 几个经典的笔试题
题目1：
运行Test会有什么结果？
答案是会程序会挂掉
代码分析：
错误原因；
①str传给p的时候，是值传递，p是str的临时拷贝，所以当malloc开辟的空间起始地址放在p中时，不会影响str，str依然为NULL
②当str时NULL，strcpy想把hello world拷贝到str指向的空间时，程序就崩溃了，因为NULL指针指向的空间是不能直接访问的
图解：*
代码改正：
题目2：
运行Test会有什么结果？
答案是
代码分析：
错误原因；
①p是局部变量（局部变量是存在栈区的），函数调用完之后就会随着函数空间的销毁而销毁，将内存空间还给操作系统
②返回的p实际上已经是一个野指针了，指向的是未知的空间
图解：
代码改正：
题目3 ：
运行Test会有什么结果？
答案是
内存泄漏！！！！
代码分析：
错误原因；
①malloc申请了内存空间，是在堆区上的，是不会自动销毁的
②如果在使用完成之后没有free掉这块空间，会造成内存泄漏，内存泄漏是指程序中已动态分配的的堆内存，由于某些原因无法释放或者未释放，造成的内存浪费。
图解：
代码改正：
题目4 ：
运行Test会有什么结果？
答案是
数据非法访问
代码分析：
错误原因；
①free完之后没有将指针置空，造成了野指针的存在
②野指针会导致非法访问行为
图解：
代码改正：
5. 柔性数组
也许你从来没有听说过柔性数组（flexible array）这个概念，但是它确实是存在的。
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。
例如：
有些编译器会报错无法编译可以改成：
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。
例如：
柔性数组的使用
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。
柔性数组的优势
上述的 type_a 结构也可以设计为：
上述 代码1 和 代码2 可以完成同样的功能
但是 方法1 的实现有两个好处：
第一个好处是：方便内存释放
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。
第二个好处是：这样有利于访问速度.
连续的内存有益于提高访问速度，也有益于减少内存碎片。（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）
通讯录（动态储存版本）源码
通讯录.c
#include "contact.h" void menu() { printf("******************************\n"); printf("**** 1. 添加 2. 删除 **\n"); printf("**** 3. 搜索 4. 修改 **\n"); printf("**** 5. 展示全部 6. 排序 **\n"); printf("**** 0. 退出 **\n"); printf("******************************\n"); } int main() { int input = 0; //创建一个通讯录 struct Contact con; //初始化通讯录 InitContact(&con); do { menu(); printf("请选择:>"); scanf_s("%d", &input); switch (input) { case ADD: AddContact(&con); break; case DEL: DeletContact(&con); break; case SHOW: ShowContact(&con); break; case MODIFY: ModifyContact(&con); break; case SEARCH: SearchContact(&con); break; case SORT: SortContact(&con); break; case EXIT: //销毁通讯录 DestroyContact(&con); printf("退出通讯录\n"); break; default: printf("选择错误\n"); break; } } while (input); return 0; }
contact.c
#include "contact.h" //静态初始化 //void InitContact(struct Contact* pc) //{ // pc->sz = 0;//默认没有信息 // memset(pc->data, 0, MAX*sizeof(struct PeoInfo)); // memset(pc->data, 0, sizeof(pc->data)); //} //动态初始化 void InitContact(struct Contact* pc) { pc->sz = 0; pc->data = (struct PeoInfo*)malloc(DEFAULT_SZ * sizeof(struct PeoInfo)); pc->capacity = DEFAULT_SZ;//初始最大容量为3 } //静态添加 //void AddContact(struct Contact* pc) //{ // if (pc->sz == MAX) // { // printf("通讯录满了\n"); // } // else // { // printf("请输入名字:>"); // scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].name, 30); // printf("请输入年龄:>"); // scanf_s("%d", &(pc->data[pc->sz].age)); // printf("请输入性别:>"); // scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].sex, 5); // printf("请输入电话:>"); // scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].tele, 12); // printf("请输入地址:>"); // scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].addr, 30); // // // printf("添加成功\n"); // pc->sz++; // ShowContact(pc); // } //} //动态添加 void AddContact(struct Contact* pc) { if (pc->sz == pc->capacity) { struct PeoInfo* ptr = (struct PeoInfo*)realloc(pc->data, (pc->capacity + 2) * sizeof(struct PeoInfo)); if (ptr != NULL) { pc->data = ptr; pc->capacity += 2; printf("增容成功\n"); } else { return; } printf("增容成功\n"); } //录入新增人的信息 printf("请输入名字:>"); scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].name, 30); printf("请输入年龄:>"); scanf_s("%d", &(pc->data[pc->sz].age)); printf("请输入性别:>"); scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].sex, 5); printf("请输入电话:>"); scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].tele, 12); printf("请输入地址:>"); scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].addr, 30); printf("添加成功\n"); pc->sz++; ShowContact(pc); } void DeletContact(struct Contact* pc) { printf("请输入需要删除的联系人姓名\n"); char name[30] = "0"; scanf_s("%s", name, 30); for (int i = 0; i < pc->sz; i++) { if (strcmp(name, pc->data[i].name) == 0) { for (int j = i; j < pc->sz-1; j++) { strcpy_s(pc->data[j].name, 30, pc->data[j + 1].name); strcpy_s(pc->data[j].sex, 5, pc->data[j + 1].sex); strcpy_s(pc->data[j].tele, 12, pc->data[j + 1].tele); strcpy_s(pc->data[j].addr, 30, pc->data[j + 1].addr); pc->data[j].age = pc->data[j + 1].age; } printf("删除成功\n"); (pc->sz)--; ShowContact(pc); } } } void ModifyContact(struct Contact* pc) { printf("请输入需要修改的联系人姓名\n"); char name[30] = "0"; scanf_s("%s", name, 30); for (int i = 0; i < pc->sz; i++) { if (strcmp(name, pc->data[i].name) == 0) { printf("请输入名字:>"); scanf_s("%s", pc->data[i].name, 30); printf("请输入年龄:>"); scanf_s("%d", &(pc->data[i].age)); printf("请输入性别:>"); scanf_s("%s", pc->data[i].sex, 5); printf("请输入电话:>"); scanf_s("%s", pc->data[i].tele, 12); printf("请输入地址:>"); scanf_s("%s", pc->data[i].addr, 30); printf("修改成功!\n"); ShowContact(pc); } } } void ShowContact(struct Contact* pc) { int i = 0; printf("序号\t%10s\t%10s\t%8s\t%15s\t%30s\n", "name", "age", "sex", "tele", "addr"); for (i = 0; i < pc->sz ; i++) { //打印每一个数据 printf("%d\t%10s\t%10d\t%8s\t%15s\t%30s\n", i + 1, pc->data[i].name, pc->data[i].age, pc->data[i].sex, pc->data[i].tele, pc->data[i].addr); } } void SearchContact(struct Contact* pc) { printf("请输入需要搜索的联系人姓名\n"); char name[30] = "0"; scanf_s("%s", name, 30); for (int i = 0; i < pc->sz; i++) { if (strcmp(name, pc->data[i].name) == 0) { printf("序号\t%10s\t%10s\t%8s\t%15s\t%30s\n", "name", "age", "sex", "tele", "addr"); printf("%d\t%10s\t%10d\t%8s\t%15s\t%30s\n", i + 1, pc->data[i].name, pc->data[i].age, pc->data[i].sex, pc->data[i].tele, pc->data[i].addr); return; } } printf("找不到联系人信息\n"); } void SortContact(struct Contact* pc) { struct PeoInfo temp; for (int j = 0; j < pc->sz - 1; j++) for (int i = 0; i < pc->sz - 1 - j; i++) { if (strcmp(pc->data[i].name, pc->data[i + 1].name) > 0) { temp = pc->data[i + 1]; pc->data[i + 1] = pc->data[i]; pc->data[i] = temp; } } ShowContact(pc); } void DestroyContact(struct Contact* pc) { free(pc->data); pc->data = NULL; pc->capacity = 0; pc->sz = 0; }
contact.h
#pragma once #define NAME_MAX 30 #define SEX_MAX 5 #define TELE_MAX 12 #define ADDR_MAX 30 #define MAX 1000 #define DEFAULT_SZ 3 //默认大小为3 #include <string.h> #include <stdio.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> //创建枚举变量 enum Option { EXIT, ADD, DEL, SEARCH, MODIFY, SHOW, SORT }; //描述人的信息 struct PeoInfo { char name[NAME_MAX]; int age; char sex[SEX_MAX]; char tele[TELE_MAX]; char addr[ADDR_MAX]; }; //通讯录-静态版本 //struct Contact //{ // struct PeoInfo data[MAX];//1000个人的数据存放在data数组中 // int sz;//记录当前通讯录有效信息的个数 //}; //动态增长的版本 struct Contact { struct PeoInfo* data; int sz;//通讯录中当前有效元素的个数 int capacity;//通讯录的当前最大容量 }; //初始化通讯录 void InitContact(struct Contact* pc); //增加联系人 void AddContact(struct Contact* pc); //删除联系人 void DeletContact(struct Contact* pc); //修改联系人信息 void ModifyContact(struct Contact* pc); //搜索联系人信息 void SearchContact(struct Contact* pc); //显示所有的联系人 void ShowContact(struct Contact* pc); //按姓氏排序联系人信息 void SortContact(struct Contact* pc); //销毁通讯录 void DestroyContact(struct Contact* pc);