动态内存管理（2）

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4. 几个经典的笔试题

4.1 题目1

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>voidGetMemory(char* p){
    p =(char*)malloc(100);}voidTest(void){char* str =NULL;GetMemory(str);strcpy(str,"hello world");printf(str);}intmain(){Test();return0;}

在调用GetMemory函数时，传的是str的值，p是str的一份临时拷贝，p里面放的也是NULL，接着，把malloc开辟空间的地址给了p，但是str还是NULL，那么strcpy中的str就是NULL，就会对空指针进行解引用操作；同时，动态申请的内存空间没有释放，存在内存泄漏的问题（而且出了GetMemory函数之后想释放也释放不了，因为p所在的那块内存空间已经被销毁了，已经还给操作系统了）。

注：

1. 传变量本身就是传值，传变量的地址才叫传址
2. printf(“hello world”)并不是把"hello world"这个字符串传给了printf这个函数，而是传的’h’的地址，所以printf(str)这个写法没有问题

可以这样修改：

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>voidGetMemory(char** p){*p =(char*)malloc(100);}voidTest(void){char* str =NULL;GetMemory(&str);strcpy(str,"hello world");printf(str);//释放free(str);
    str =NULL;}intmain(){Test();return0;}

4.2 题目2

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>char*GetMemory(void){char p[]="hello world";return p;}voidTest(void){char* str =NULL;
    str =GetMemory();printf(str);}intmain(){Test();return0;}

这里的str确实存了数组首元素的地址，但是p这个数组出了GetMemory这个函数就被销毁了，str变成了野指针，它指向的空间里的内容变成了随机值，所以打印出来就是随机值（这里也相当于是非法访问了）

可以这样修改：

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>char*GetMemory(void){staticchar p[]="hello world";//char* p = "hello world";//"hello world"是常量字符串，放在代码段，程序结束才会销毁；p接收的是'h'的地址，所以str里放的是'h'的地址，出了作用域p被销毁了并不影响str找到"hello world"//以上两种写法都可以return p;}voidTest(void){char* str =NULL;
    str =GetMemory();printf(str);}intmain(){Test();return0;}

总结： 这属于返回栈空间地址的问题

我们可以简化一下这个问题：

#include<stdio.h>int*test(){int a =10;return&a;}intmain(){int* p =test();printf("%d\n",*p);return0;}

这里的p就变成了野指针，但是有可能还能打印出10，这是因为可能这块空间还没有被用掉

如果改成这样：

#include<stdio.h>int*test(){int a =10;return&a;}intmain(){int* p =test();printf("*p=");printf("%d\n",*p);return0;}

这样就打印不出来10了，这里涉及到函数栈帧：

当只有第二个printf语句时，我在test函数返回后迅速先通过*p来找到10，然后开辟了printf的函数栈帧来打印它，所以还有可能打印出10；但是我再前面再加了一个printf后，第一个printf函数开辟的空间覆盖了原来test函数开辟的空间，所以第二个printf就打印不出10了

4.3 题目3

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>voidGetMemory(char** p,int num){*p =(char*)malloc(num);}voidTest(void){char* str =NULL;GetMemory(&str,100);strcpy(str,"hello");printf(str);}intmain(){Test();return0;}

问题在于忘记释放

应该这样修改：

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>voidGetMemory(char** p,int num){*p =(char*)malloc(num);}voidTest(void){char* str =NULL;GetMemory(&str,100);strcpy(str,"hello");printf(str);free(str);
    str =NULL;}intmain(){Test();return0;}

4.4 题目4

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>voidTest(void){char* str =(char*)malloc(100);strcpy(str,"hello");free(str);if(str !=NULL){strcpy(str,"world");printf(str);}}intmain(){Test();return0;}

问题在于free完后没有把str置为空指针，导致str变为野指针，非法访问内存了

应该这样修改：

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>voidTest(void){char* str =(char*)malloc(100);strcpy(str,"hello");free(str);
    str =NULL;if(str !=NULL){strcpy(str,"world");printf(str);}}intmain(){Test();return0;}

5. C/C++程序的内存开辟

注： 数据段也就是静态区

从图中我们也可以得知，一个全局变量和一个局部变量的地址其实离得是比较远的：

#include<stdio.h>int d =200;intmain(){int a =10;int b =20;staticint c =100;printf("&a = %p\n",&a);//&a = 00CFFB6Cprintf("&b = %p\n",&b);//&b = 00CFFB60printf("&c = %p\n",&c);//&c = 0076A038printf("&d = %p\n",&d);//&d = 0076A034return0;}

C/C++程序内存分配的几个区域：

1. 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。
2. 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(operate system)回收 ，分配方式类似于链表。
3. 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。
4. 代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码。

有了这幅图，我们就可以更好的理解在初识C语言中讲的static关键字修饰局部变量的例子了：

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。

6. 动态通讯录

我们对之前写的通讯里进行一个改造：

1. 通讯录的空间不是固定的，大小是可以调整的
2. 默认能放3个人的信息，如果不够，就每次增加2个人的信息

首先，我们要改变一下通讯录这个结构体：

//contact.htypedefstructContact{
    PeoInfo* data;//指向了存放数据的空间int sz;//记录的是当前放的有效元素的个数int capacity;//通讯录当前的最大容量}Contact;

接着是初始化通讯录：

//contact.cvoidInitContact(Contact* pc){assert(pc);

    pc->data =(PeoInfo*)malloc(DEFAULT_SZ *sizeof(PeoInfo));//DEFAULT_SZ是我定义的默认大小：3if(NULL== pc->data){perror("InitContact");return;}

    pc->sz =0;
    pc->capacity = DEFAULT_SZ;}

然后是增加联系人：

//contact.cintCheckCapacity(Contact* pc){if(pc->sz == pc->capacity){
        PeoInfo* ptr =(PeoInfo*)realloc(pc->data,(pc->capacity + INC_SZ)*sizeof(PeoInfo));if(NULL== ptr){perror("CheckCapacity");return0;}else{
            pc->data = ptr;
            pc->capacity += INC_SZ;printf("增容成功\n");return1;}}return1;}voidAddContact(Contact* pc){assert(pc);if(0==CheckCapacity(pc)){return;}printf("请输入名字:>");scanf("%s", pc->data[pc->sz].name);printf("请输入年龄:>");scanf("%d",&(pc->data[pc->sz].age));printf("请输入性别:>");scanf("%s", pc->data[pc->sz].sex);printf("请输入电话:>");scanf("%s", pc->data[pc->sz].tele);printf("请输入地址:>");scanf("%s", pc->data[pc->sz].addr);

    pc->sz++;printf("成功增加联系人\n");}

最后用完通讯录要对它进行释放：

//contact.cvoidDestroyContact(Contact* pc){free(pc->data);
    pc->data =NULL;
    pc->capacity =0;
    pc->sz =0;}

其他通讯录的功能不需要改动，完整代码如下：

//contact.h#include<string.h>#include<assert.h>#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#defineMAX100#defineMAX_NAME20#defineMAX_SEX5#defineMAX_TELE12#defineMAX_ADDR30#defineDEFAULT_SZ3#defineINC_SZ2enumOPTION{
    EXIT,//0
    ADD,
    DEL,
    SEARCH,
    MODIFY,
    SHOW,
    SORT
};enumSELECT{
    NAME =1,
    AGE
};//类型的声明typedefstructPeoInfo{char name[MAX_NAME];int age;char sex[MAX_SEX];char tele[MAX_TELE];char addr[MAX_ADDR];}PeoInfo;//通讯录//动态版本typedefstructContact{
    PeoInfo* data;//指向了存放数据的空间int sz;//记录的是当前放的有效元素的个数int capacity;//通讯录当前的最大容量}Contact;//函数声明//初始化通讯录voidInitContact(Contact* pc);//增加联系人voidAddContact(Contact* pc);//显示所有联系人的信息voidShowContact(const Contact* pc);//删除指定联系人voidDelContact(Contact* pc);//查找指定联系人voidSearchContact(const Contact* pc);//修改指定联系人voidModifyContact(Contact* pc);//排序功能voidSortContact(Contact* pc);voidDestroyContact(Contact* pc);

//contact.c#include"contact.h"//动态版本voidInitContact(Contact* pc){assert(pc);

    pc->data =(PeoInfo*)malloc(DEFAULT_SZ *sizeof(PeoInfo));if(NULL== pc->data){perror("InitContact");return;}

    pc->sz =0;
    pc->capacity = DEFAULT_SZ;}//动态版本intCheckCapacity(Contact* pc){if(pc->sz == pc->capacity){
        PeoInfo* ptr =(PeoInfo*)realloc(pc->data,(pc->capacity + INC_SZ)*sizeof(PeoInfo));if(NULL== ptr){perror("CheckCapacity");return0;}else{
            pc->data = ptr;
            pc->capacity += INC_SZ;printf("增容成功\n");return1;}}return1;}voidAddContact(Contact* pc){assert(pc);if(0==CheckCapacity(pc)){return;}printf("请输入名字:>");scanf("%s", pc->data[pc->sz].name);printf("请输入年龄:>");scanf("%d",&(pc->data[pc->sz].age));printf("请输入性别:>");scanf("%s", pc->data[pc->sz].sex);printf("请输入电话:>");scanf("%s", pc->data[pc->sz].tele);printf("请输入地址:>");scanf("%s", pc->data[pc->sz].addr);

    pc->sz++;printf("成功增加联系人\n");}voidShowContact(const Contact* pc){assert(pc);int i =0;//打印列标题printf("%-20s\t%-4s\t%-5s\t%-12s\t%-30s\n","名字","年龄","性别","电话","地址");//打印数据for(i =0; i < pc->sz; i++){printf("%-20s\t%-4d\t%-5s\t%-12s\t%-30s\n",
            pc->data[i].name,
            pc->data[i].age,
            pc->data[i].sex,
            pc->data[i].tele,
            pc->data[i].addr);}}staticintFindByName(const Contact* pc,char name[]){int i =0;for(i =0; i < pc->sz; i++){if(0==strcmp(pc->data[i].name, name)){return i;//找到了}}return-1;//找不到}voidDelContact(Contact* pc){assert(pc);if(0== pc->sz){printf("通讯录为空，无法删除\n");return;}char name[MAX_NAME]={0};//删除printf("请输入要删除的人的名字:>");scanf("%s", name);//找到要删除的人int del =FindByName(pc, name);if(-1== del){printf("要删除的人不存在\n");return;}int i =0;//删除坐标为del的联系人for(i = del; i < pc->sz -1; i++){
        pc->data[i]= pc->data[i +1];}

    pc->sz--;printf("成功删除联系人\n");}voidSearchContact(const Contact* pc){assert(pc);char name[MAX_NAME]={0};printf("请输入要查找人的名字:>");scanf("%s", name);int pos =FindByName(pc, name);if(-1== pos){printf("要查找的人不存在\n");}else{//打印列标题printf("%-20s\t%-4s\t%-5s\t%-12s\t%-30s\n","名字","年龄","性别","电话","地址");//打印数据printf("%-20s\t%-4d\t%-5s\t%-12s\t%-30s\n",
                pc->data[pos].name,
                pc->data[pos].age,
                pc->data[pos].sex,
                pc->data[pos].tele,
                pc->data[pos].addr);}}voidModifyContact(Contact* pc){assert(pc);char name[MAX_NAME]={0};printf("请输入要修改人的名字:>");scanf("%s", name);int pos =FindByName(pc, name);if(-1== pos){printf("要修改的人不存在\n");}else{printf("请输入名字:>");scanf("%s", pc->data[pos].name);printf("请输入年龄:>");scanf("%d",&(pc->data[pos].age));printf("请输入性别:>");scanf("%s", pc->data[pos].sex);printf("请输入电话:>");scanf("%s", pc->data[pos].tele);printf("请输入地址:>");scanf("%s", pc->data[pos].addr);printf("修改成功\n");}}voidselect(){printf("********************************\n");printf("***** 1. name    2. age    *****\n");printf("********************************\n");}intcmp_by_name(constvoid* p1,constvoid* p2){returnstrcmp(((PeoInfo*)p1)->name,((PeoInfo*)p2)->name);}intcmp_by_age(constvoid* p1,constvoid* p2){return((PeoInfo*)p1)->age -((PeoInfo*)p2)->age;}voidSortContact(Contact* pc){assert(pc);if(0== pc->sz){printf("通讯录为空，无法排序\n");return;}int input =0;do{select();printf("请选择按何种方式进行排序:>");scanf("%d",&input);switch(input){case NAME:qsort(pc->data, pc->sz,sizeof(pc->data[0]), cmp_by_name);printf("排序成功\n");break;case AGE:qsort(pc->data, pc->sz,sizeof(pc->data[0]), cmp_by_age);printf("排序成功\n");break;default:printf("选择错误，重新选择\n");break;}}while(input != NAME && input != AGE);}voidDestroyContact(Contact* pc){free(pc->data);
    pc->data =NULL;
    pc->capacity =0;
    pc->sz =0;}

//test.c#include"contact.h"voidmenu(){printf("********************************\n");printf("***** 1. add     2. del    *****\n");printf("***** 3. search  4. modify *****\n");printf("***** 5. show    6. sort   *****\n");printf("***** 0. exit              *****\n");printf("********************************\n");}voidtest(){int input =0;//首先得有通讯录
    Contact con;InitContact(&con);do{menu();printf("请选择:>");scanf("%d",&input);switch(input){case ADD:AddContact(&con);break;case DEL:DelContact(&con);break;case SEARCH:SearchContact(&con);break;case MODIFY:ModifyContact(&con);break;case SHOW:ShowContact(&con);break;case SORT://排序//按照名字排序？//按照年龄排序？SortContact(&con);break;case EXIT:DestroyContact(&con);printf("退出通讯录\n");break;default:printf("选择错误，重新选择\n");break;}}while(input);}intmain(){test();return0;}

7. 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。

7.1 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。

7.2 柔性数组的使用

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>structS{int n;//int arr[0];//这两种写法都可以int arr[];//柔性数组};intmain(){//printf("%d\n", sizeof(struct S));//4structS* ps =(structS*)malloc(sizeof(structS)+40);if(NULL== ps){perror("malloc");return1;}

    ps->n =100;int i =0;for(i =0; i <10; i++){
        ps->arr[i]= i +1;}//空间不够，需要增容structS* ptr =(structS*)realloc(ps,sizeof(structS)+60);if(NULL== ptr){perror("realloc");return1;}

    ps->n =15;for(i =0; i <15; i++){printf("%d\n", ps->arr[i]);}//释放free(ps);
    ps =NULL;return0;}

7.3 柔性数组的优势

我们不使用柔性数组也可以实现上述功能：

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>structS{int n;int* arr;};intmain(){structS* ps =(structS*)malloc(sizeof(structS));if(NULL== ps){perror("malloc->ps");return1;}

    ps->n =100;
    ps->arr =(int*)malloc(40);if(NULL== ps->arr){perror("malloc->arr");return1;}int i =0;for(i =0; i <10; i++){
        ps->arr[i]= i +1;//1 2 3 4 5 6 7 8 9 10}//调整int* ptr =(int*)realloc(ps->arr,60);if(ptr !=NULL){
        ps->arr = ptr;}else{perror("realloc");return1;}//打印for(i =0; i <15; i++){printf("%d\n", ps->arr[i]);}//释放free(ps->arr);
    ps->arr =NULL;free(ps);
    ps =NULL;return0;}

那么柔性数组的优势是什么呢？

1. 使用柔性数组只用了一次malloc就解决问题了，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。

1. 如果你在内存空间中多次开辟空间，内存碎片（内存和内存之间留下的缝）就越多，这些内存碎片就可能不能被很好地利用，内存的利用率就越低；同时，访问速度也会变低。

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）