C语言中手把手教你动态内存分配

Posted 2022-05-11 ^_^ 小小码nong

C语言中手把手教你动态内存分配

动态内存分配

常见的内存分配的错误

先上一个内存分配的思维导图:便于联想想象，理解：

首先我们介绍一下内存分配的方式：

1:在静态存储区域中进行分配

        内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在。例如全局变量，static变量

2:在栈中进行分配

        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，这些存储但愿自动被释放。效率很高，但是分配的内存容量比较有限

3:在堆中进行分配

        在堆上分配也称为动态内存分配：程序在运行的时候用malloc等函数申请任意多少的内存，程序员自己负责在何时用free释放内存。动态内存分配的生存期由我们自己决定，使用非常灵活，但是问题相对也比较多；注意：//如果没有释放的话，很容易就会造成内存溢出，因为堆中的内存块是全局的，因此不会因为函数的调用而结束

动态内存分配中使用的函数：
1:malloc函数:需要用到的头文件malloc.h
void *malloc(size_t size) //————–>返回的是一个通用类型的指针，根据需要去进行强转；
功能：允许从空闲内存池中分配连续内存但不初始化
参数：size参数实际就是一个所需字节数的整数 malloc(20);
返回：若分配成功则返回一个指向该内存块的指针，在使用时可根据需要做强制类型转换，否则返回NULL（空指针）//需要判空
free(p);//释放内存空间,将内存释放出来给系统；
free函数与malloc函数是成对出现的；
申请malloc的时候尽量去给它进行一下初始化，防止后面出现一些不确定性的东西；
malloc的生命周期：只要没有调用free这个函数，进程没有结束，那么此时，这个函数的生命周期就会一直存在在内存中；它是存放在堆空间中的，它不会因为你去函数调用的结束自动去释放，堆当中的内存是全局的
如：int p = (int )malloc(n*sizeof(int)); //在空闲内存池中分配连续内存n*sizeof(int)个字节的堆内存空间

malloc的相关实例代码如下：

#include<stdio.h>
#include<malloc.h>

void out(int *p,int n)

    int i;
    for(i=0;i<n;i++)
       
        printf("%d",*(p+i));
        printf("---------------\\n");
       



int main(void)

    printf("please input one number:");
    int n;
    scanf("%d",&n);
    //申请
    int *p = (int *)malloc(n * sizeof(int));
    //内存申请成功
    if(p != NULL)
        out(p,n);
        int i;
        for(i=0;i<n;i++)
            *(p+i)=i*i;
        
        out(p,n);
        //释放掉堆内存
        free(p);
    else
        //内存申请失败
        printf("malloc is NULL!\\n");
       
    return 0;

2:calloc函数:需要用到的头文件stdlib.h
void *colloc(size_t num_elements,size_t element_size);
功能:功能同malloc是一样的，但是作初始化
参数:num_elements是所需的元素的数量，element_size是每个元素的字节数
返回:同malloc函数一样
也是需要与free(p)进行对称使用

calloc相关代码如下所示:

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

int main(void)

    printf("please input one number:");
    int n;
    scanf("%d",&n);
    int *p = (int *)calloc(n,sizeof(int));
    if(p!=NULL)
        int i;
        for(i=0;i<n;i++)
        
            printf("%d ",*(p+i));
        
        printf("\\n");
        free(p);
    else
        printf("calloc error\\n");
       
    return 0;

3: realloc函数:需要用到的头文件(stdlib.h),动态扩大缩小申请的内存
void *realloc(void *ptr,size_t new_size);
功能:在指针ptr指向的内存基础上扩大或者缩小内存
参数:ptr是指向先前通过malloc,calloc和realloc函数后分配的内存块的指针，new_size是内存块的新尺寸，可能大于或者小于原有内存尺寸；这个是追加到new_size的新的内存
realloc在C语言中也被称为动态数组；
realloc函数使用的注意点:
1:当扩展内存的时候，不会对添加进内存块的字节进行初始化
2:若不能调整内存则返回NULL，但原有内存中的数据是不会发生改变的
3:若第一个参数为NULL那么功能 等同与malloc函数，若第二个参数为0,那么会释放调用内存块

realloc(NULL,10*size(int)) 等同malloc(10*sizeof(int));
realloc(p,0); 等同于free

4:当缩小或者扩大内存时，一般不会对其进行移动，若无法扩大内存块，那么啃呢个会在别处分配新的内存快，然后把旧内存块的数据复制到新块 中，并将旧块删除释放内存；

realloc相关的的代码为:

#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<malloc.h>
void out(int *p ,int n) 
    int i;
    for(i = 0 ;i < n; i++)
        printf("%d\\n",*(p+i));
       

int main(void)
   
    //申请4个字节的堆内存空间，未初始化
    int * p = (int *)malloc(5*sizeof(int));
    if(p == NULL) exit(1);
    *p = 1;
    *(p+1)  =2; 
    p[2] = 3;
    p[3] = 4;
    p[4] = 5;
    out(p,5);
    printf("===============\\n");
    //追加申请10个字节的内存空间，追加的空间也是未进行初始化的
     p = (int *)realloc(p,10*sizeof(int));
    if(p == NULL) exit(1);
    p[6] = 6;
    *(p+6) = 7;
    *(p+7) = 8;
    *(p+8) = 9;
    *(p+9) = 10; 
    out(p,10);
    free(p);
    //free之后，将指针置为空
    p = NULL;
    return 0;

4:free函数
free之后如果还有这块内存地址的话，此时这块内存归还给了系统，（可能这块内存还处于一个空闲状态）但是还是可以对其进行操作。里面的值短暂的会保留。
free之后，申请内存的那个指针就会变成野指针(声明了，但是没有任何指向的指针)，有时候会出现野指针错误；
所以尽量在操作之后：将指针置为NULL
p=NULL；
注意：申请和释放是成对的，所以程序是不能进行多次free的，否则会崩溃的

常见的内存错误：

1:段错误
使用未分配成功的内存
避免方式：在使用内存之前检查指针是否为NULL；
引用分配成功但尚未初始化的内存
避免方式：赋予初值，即便是赋予零值也不可省略
内存分配成功并且已经初始化，但操作越过了内存的边界
避免：注意下表的使用不能超出边界
忘记释放内存，造成内存泄露
避免方式：申请内存的方式和释放内存的方式需要成双成对
释放内存之后却继续去使用这一块内存
避免方式：使用free内存之后，把指针置为NULL；

内存错误的注意点：
指针消亡了，并不表示它所指向的内存会被自动释放,(在free之前，直接将指针设为NULL)；
内存释放了，并不代表指针会消亡或者成了NULL指针；(在free之后，指针并没有进行NULL设置)

野指针：
野指针的形成是指针变量没有被初始化，任何指针变量刚被创建的时候不会自动成为NULL指针，它的缺省值是最忌的，它会乱指一气

指针变量在创建的同时应当被初始化，要么将指针设置为NULL，要么让它指向合法内存

free内存块之后，需要将指针设置为NULL，如果没有设置为NULL，也会出现“野指针”，它是指向“垃圾”内存的指针；

多次free内存块，是会导致程序崩溃的