C语言中关于动态内存分配的详解

【C语言】动态内存分配

本期，我们将讲解malloc、calloc、realloc以及free函数。

这是个动态内存分配函数的头文件都是 <stdlib.h>。

c语言中动态分配内存的函数，可能有些初学c语言的人不免要问了：我们为什么要通过函数来实现动态分配内存呢？

首先让我们熟悉一下计算机的内存吧！在计算机的系统中大致有这四个内存区域：

1）栈：在栈里面储存一些我们定义的局部变量以及形参（形式参数）；

2）字符常量区：主要是储存一些字符常量，比如：char *p=”hello world”;其中”hello world”就储存在字符常量区里面；

3）全局区：在全局区里储存一些全局变量和静态变量；

堆：堆主要是通过动态分配的储存空间，也就是我们接下需要讲的动态分配内存空间。

静态内存和动态内存的比较：

• 静态内存是有系统自动分配，由系统自动释放。 静态内存是在栈分配的。（例如：函数里的局部变量）
• 动态内存是由程序员手动分配，手动释放。 动态内存是在堆分配的。（例如：用C语言写链表时，需要自己对Node结点分配内存空间）

一、malloc 与free函数

void* **malloc( size_t ** size);

返回类型： void*，也就是说这个函数的可以返回所有类型的指针形式。只需要在开辟空间的时候进行强制类型转换一下即可。

函数参数：size_t size, 这个参数就是告诉这个函数，你需要开辟多少个字节的内存空间。

void free(void* memblock) ；

没有返回参数。

函数参数：void* memblock， free函数可以接收来自所有类型指针的 动态分配 的 内存空间。

一切以栗子来描述吧：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main()
{
    //开辟10个int类型的空间
    int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int)); //切记这里给的大小，是10  *  int（4个字节）
    int i = 0;
    if (arr == NULL)
    {
        perror("malloc"); //有可能，malloc开辟空间失败，则malloc会返回NULL
        return 1;
    }
    
    for (i = 0; i < 10; i++)
        *(arr + i) = i; //放入数据 0 …… 9
    
    for (i = 0; i < 10; i++)
        printf("%d ",*(arr + i));
    
    //记得释放所开辟的空间
    free(arr); 
    return 0;
}

二、calloc

void* calloc (size_t num， size_t** size );

返回类型：与malloc函数是一样的，就不在多说了。

函数参数：size_t num, 需要开辟多少个元素的空间。

​ size_ size, 每一个元素，所占用的内存空间是多少个字节。

注：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。

栗子：

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

int main()
{
    //还是申请10个int类型的内存空间
    int* arr = (int*)calloc(10, sizeof(int));
    if (arr == NULL)
    {
        perror("calloc"); //calloc开辟空间的话，会返回NULL
        return 1;
    }
    
    //不做赋值运算，直接输出刚开辟的空间，看是否是已经初始化为0了
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++)
        printf("%d ",*(arr + i));
    
    //记得释放空间
    free(arr);
    return 0;
}

三、realloc

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

作用： Reallocate memory blocks.（重新分配内存块）

• memblock是需要调整的内存地址
• 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

​

假设我还想为“红色框内的内存空间，扩大一倍，并且在这块空间的后面，是有足够的空间。所有realloc函数会在这紧挨这红色框后面直接开辟空间。并且返回的还是红色框的首元素地址。

情况2： 原有空间之后没有足够大的空间

此时，如果我还想为红色框的内存空间进行扩大，此时红色框后面紧挨着的空间已经被其他程序所占用了，此时想开辟空间的话，只能将现在这块空间先释放掉（realloc会自动释放），再去其他大一点的地方进行开辟空间。

如图：

注：realloc函数，有一个很值得注意的地方，看如下代码：

int main()
{
    int* arr = (int*)malloc(5 * sizeof(int)); //先开辟5个int类型的空间
    if (arr == NULL)
        return 1;
    
    //此时，我觉得malloc开辟的空间小了，我想增加
    arr = (int*) realloc(arr, 10);
    
    free(arr);
    return 0;
}

大家觉得，这段代码，有什么弊端？

分析：

在第8行，realloc函数，去调整arr的空间。他是先查看arr后面的内存空间是否够用，如果不够用的话，会去寻找其他大一点的地方去开辟空间。假设此时我的内存已经满了，此时realloc返回的是NULL。

也就是说，我本来想增容，结果没增成功，还把以前空间里的数据弄丢了。

所以在使用realloc函数时，先使用一个临时变量进行保存一下，如果返回不是NULL，我们在把返回的内存地址赋值给arr即可。

如下：

int main()
{
    int* arr = (int*)malloc(5 * sizeof(int)); //先开辟5个int类型的空间
    if (arr == NULL)
        return 1;
    
    //此时，我觉得malloc开辟的空间小了，我想增加
    int* tmp = NULL;
    tmp = (int*) realloc(arr, 10);
    if (tmp != NULL)
        arr = tmp;
    
    free(arr);
    return 0;
}

四、常见的动态内存的错误

• 对NULL进行解引用操作

int main()
{
    int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    *arr = 10; //没有对arr进行NULL的判断
    free(arr);
    return 0;
}

• 对非动态内存分配的空间进行free释放

int main()
{
    int a = 10;
    int* pa = &a;
    free(pa); //pa指针，并不是malloc等函数开辟的空间，不能使用free释放，系统会自动回收的
    return 0;
}

• 使用free函数释放一块动态分配空间的一部分

int main()
{
    int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    if (arr == NULL)
        return 1;
    arr++; //此时，arr向后跳了4个字节
    free(arr); //现在再去释放空间，最前面的4个字节的空间就没有释放到，会报错
    return 0;
}

• 对同一块内存空间进行多次释放

int main()
{
    int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    if (arr == NULL)
        return 1;
    
    free(arr);
    free(arr); //重复释放了
    return 0;
}

• 动态开辟的空间忘记释放（内存泄漏）

int main()
{
    int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    if (arr == NULL)
        return 1;
    
    //没有释放空间，会造成内存泄漏
    //造成内存泄漏，有很多原因，例如，在调用其他函数时，想传回到本函数，指针没用正确，导致开辟的空间没有传回来等等
    return 0;
}

注： 动态开辟的内存空间，切记 一定要释放。不然后果很严重的！！！

本期更新就完啦！！！我们下期见啦

main()
{
int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (arr == NULL)
return 1;

}

  //没有释放空间，会造成内存泄漏
  //造成内存泄漏，有很多原因，例如，在调用其他函数时，想传回到本函数，指针没用正确，导致开辟的空间没有传回来等等
  return 0;

注： 动态开辟的内存空间，切记 一定要释放。不然后果很严重的！！！

本期更新就完啦！！！我们下期见啦

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