深入理解《动态内存》管理——C语言

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这不是目录

❄️栈区堆区静态区介绍

• 首先动态内存开辟之前叙述一下C/C++程序内存分配的几个区域

📌栈区（stack）

国外最有名的被称为

程序员的知乎

的网站就叫做Stack Overflow哦

1.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。

2.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。

3.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）

• ❄️堆区一般有个原则是谁开辟的空间谁来释放

1.一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由

(操作系统)OS

回收 。分配方式类似于链表。
3.

一般必须由程序员来free释放掉

，否则造成内存泄漏很严重，C/C++编译器检查不出来内存泄漏，如果你以后在工作时没有自行free释放掉你自己开辟的空间。年终奖就没了哦（大厂差不多几万元）

📌静态区（static）

• 数据段（静态区）存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。

📌小结

• 实际上普通的局部变量是在栈区分配空间的，栈区的特点是在上面创建的变量出了作用域就销毁。
• 但是被static修饰的变量存放在数据段（静态区），数据段的特点是在上面创建的变量，直到程序结束才销毁所以生命周期变长。

❄️为什么要有动态内存？

我们已经掌握的内存开辟方式有：

• 在栈区开辟4个字节的整型局部变量val。
• 在栈区上开辟10个字节的连续空间

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

所以这时候

动态内存就横空出世

了

❄️动态内存函数的介绍

❄️小技巧（tip）：关于查函数的用法、原型、返回值。可以上这个网站
http://www.cplusplus.com/

📌malloc

❄️函数功能：

• 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。

❄️函数原型

void* malloc (size_t size);

🍁注意点：

• 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。一般的检查如下所示

int* p =(int*)malloc(4);if(p ==NULL){return;}

• 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。
• 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。

📌free

❄️函数功能：

• 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。
• 这个函数和malloc等内存函数配套使用

❄️函数原型

voidfree (void*ptr);

🍁注意：

• ree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函数的行为是错误的！。
• 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

📌malloc和free函数使用三步曲

• 首先使用malloc开辟空间。
• 再free掉这块空间。
• 然后将free后的空间置空，否则外部可能解引用这个空间。出现野指针现象。
• 正常情况下三步曲缺一不可。

#include<stdio.h>intmain(){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;//一定要置空。return0;}

📌calloc

❄️函数功能：

• C语言还提供了一个函数叫 calloc ， calloc 函数也用来动态内存分配。
• 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。

❄️函数原型

void* calloc (size_t num, size_t size);

🍁注意：

• 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。

📌realloc

❄️函数功能：

• realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。
• 为了对内存的大小做灵活的调整这个函数横空出世。
• 有时会我们发现过去申请的空间太小了，有时候我们又会觉得申请的空间过大了，那为了合理的时候内存。那 realloc 函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整。

❄️函数原型

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

🍁注意：

• 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拷贝到 新 的空间

📌realloc函数的两种情况原理

🍁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。
• 原有空间之后有足够大的空间
• 绿色的长方形框框为新添加的空间。

🍁情况2；

• 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。
• 但函数返回的是一个新的内存地址。
• 绿色的ptr是新返回的空间

❄️新手常见的错误

刚学会这些函数一般会犯的错误。

📌对NULL指针的解引用

🍁错误代码如下。

voidtest(){int*p =(int*)malloc(4);*p =20;//如果p的值是NULL，就会有问题free(p);}

正确做法是先判断

p指针是否为空

，解决方案如下。

• 可以用assert暴力断言。
• 也可以用if语句温柔判断。

📌对动态开辟空间的越界访问

🍁错误代码
相当于

数组越界

了

voidtest(){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);}

📌对非动态开辟内存使用free释放

🍁错误代码

voidtest(){int a =10;int*p =&a;free(p);//ok?}

原则：我们一定要坚守底线——

谁开辟的空间谁来释放

谁

犯的错谁来承担责任

🍁解析：

• 因为a是局部变量，在栈区上，出了作用域后会自动释放。所以不需要free。

📌只free了动态开辟内存的一部分

🍁错误代码

voidtest(){int*p =(int*)malloc(100);
 p++;free(p);//p不再指向动态内存的起始位置}

🍁注意：

• 一定要注意free的时候从首元素的地址处释放。
• 一定要从头释放。
• 链表中经常遇到此错误。

📌动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

错误代码

voidtest(){int*p =(int*)malloc(100);if(NULL!= p){*p =20;}}intmain(){test();while(1);}

🍁注意：

• 典型的忘记free的错误。也是最可怕的。

📌小结

• 动态开辟的空间一定要释放（free），并且正确释放
• 切记一定要free喔。

🍁写到最后

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