C语言-动态内存管理

2024-01-28 17:16:58

文章目录

一、动态内存函数的介绍
二、常见错误
三、柔性数组

一、动态内存函数的介绍

1.malloc和free

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一块连续可用的空间，并返回指向这块空间的指针。
1.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。
2.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。
3.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：

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。

malloc和free都声明在 stdlib.h 头文件中。

#include <stdio.h>
int main()
{
    //代码1
    int num = 0;
    scanf("%d", &num);
    int arr[num] = {0};
    //代码2
    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
    ptr = NULL;//是否有必要？
    return 0;
}

2.calloc

3.realloc

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：
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：原有空间之后没有足够大的空间：
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。

二、常见错误

请问运行Test 函数会有什么样的结果？

#include <stdio.h>
void GetMemory(char* p) 
{
	p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void) 
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(str);
	strcpy(str, "hello world");
	printf(str);
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

C/C++程序内存分配的几个区域：

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。
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。
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。
代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码。

三、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。
例如：

typedef struct st_type
{
    int i;
    int a[];//柔性数组成员
}type_a;

柔性数组的特点
1.结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。
2.sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。

struct s
{
	int i;
	int a[0];//柔性数组成员
}
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct s));//输出的是4
	return 0;
}

3.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。

#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>

struct s
{
	int i;//4
	int a[];//柔性数组成员
};
int main()
{
	struct s* ps = (struct s*)malloc(sizeof(struct s*) + 10 * sizeof(int));
	if (ps == NULL)
	{
		printf("%s\n", sterror(errno));
		return -1;
	}
	//开辟成功了
	ps->i = 100;
	int i = 0;
	for (i = 0;i < 10;i++)
	{
		ps->a[i] = i;
	}
	for (i = 0;i < 10;i++)
	{
		printf("%d ", ps->a[i]);
	}
	//a数组的空间不够了，希望调整为20个整型数据
	struct s* ptr = (struct s*)realloc(ps, sizeof(struct s) + 20 * sizeof(int));
	if (ptr == NULL)
	{
		printf("扩展空间失败\n");
		return -1;
	}
	else
	{
		ps = ptr;
	}
	//使用
	//...
	//释放
	free(ps);
	ps = NULL;

	return 0;
}

以下代码同样可实现柔性数组的功能：

struct s
{
	int i;//4
	int* a;//4
};
int main()
{
	struct s* ps = (struct s*)malloc(sizeof(struct s));
	ps->i = 100;
	ps->a = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	int i = 0;
	for (i = 0;i < 10;i++)
	{
		ps->a[i] = i;
	}
	for (i = 0;i < 10;i++)
	{
		printf("%d ", ps->a[i]);
	}
	//a指向的空间不够了，希望可以调整大小
	int* ptr = (int*)realloc(ps->a, 20 * sizeof(int));
	if (ptr == NULL)
	{
		printf("扩容失败\n");
		return -1;
	}
	else
	{
		ps-> = ptr;
	}
	//使用
	//..
	//释放
	free(ps->a);//要先释放ps->a指向的空间
	ps->a = NULL;
	free(ps);
	ps = NULL;
}

使用柔性数组的好处：
1.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。
2.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。

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