动态内存管理那些事：malloccallocreallocfree

Posted 2021-08-19 跳动的bit

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了动态内存管理那些事：malloccallocreallocfree相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

一、为什么存在动态内存分配

🎗 在之前我们都是这样开辟空间的：

int i = 20; //在栈空间开辟4个字节
char arr[10] = { 0 }; //在栈空间开辟10个字节的连续空间

特点

1️⃣ 开辟的空间大小是固定的

2️⃣ 数组在声明的时候，必需包含常量值 (指定数组长度)

小结
以往开辟空间的方式不够灵活，有很大的局限性 (有时候我们需要的空间大小在程序运行的时候才能知道)
所以这篇文章主要了解在内存堆上开辟空间所使用的函数
在这里插入图片描述

二、动态内存函数的介绍

💦 malloc

⭕ 函数信息
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	//假设开辟10个整型的空间:
	
	int arr[10];//1.栈区开辟
	
	int* p = (int*)void* p = malloc(10 * sizeof(int));//2.堆区开辟
	
	/*-----------------分割线-----------------*/
	
	//使用
	//1.开辟失败
	if(p == NULL)
	{
		perror("main");
		return 0;
	}
	//2.开辟成功
	int i = 0;
	for(i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	//打印
	for(i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
	//回收空间
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

小结

1️⃣ malloc向内存申请一块连续可用的空间，且开辟成功时返回指向那块空间的地址；开辟失败返回NULL

2️⃣ 因为malloc函数的返回值是void*类型，所以在使用某一类型的指针变量接收时，也要强制类型转换为对应的类型

3️⃣ 如果malloc开辟失败，可能会对空指针进行非法解引用操作，所以malloc开辟的空间一定要检查

4️⃣ 使用完malloc开辟的空间，要主动回收空间。因为在回收空间后，那块空间的使用权已经不是自己能控制了，且能通过指针再去寻找到那块空间，所以为了避免非法访问，通常会主动将指向那块空间的指针置为NULL

💦 free

⭕ 函数信息
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

#include<stdio.h>
int main()
{
	int a = 10;
	int* p = &a;
	free(p);//1.err，回收栈空间
	p = NULL;
	
	free(NULL)//2.等同于-> //free(NULL)
	return 0;
}

小结

1️⃣ 如果参数ptr指向的空间不是动态开辟的，那么free函数的行为是标准未定义的

2️⃣ 如果参数ptr是NULL指针，则视为无效代码

3️⃣ 关于回收空间有2种方式：一是main函数结束后，开辟的空间会被动的还给OS，但是对于一个每天24小时不停跑的程序来说，如果不主动回收不用的空间的话，剩余的空间将会越来越少。二就是主动的把不用的空间主动回收掉

💦 calloc

⭕ 函数信息
在这里插入图片描述

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	//malloc和calloc都未主动初始化
	//1.malloc
	int* p = (int*)malloc(40);
	if(p == NULL)
		return 1;
	int i = 0;
	for(i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d\\n", *(p + i));
	}
	free(p);
	p = NULL;
	
	//2.calloc
	int* q = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if(q == NULL)
		return 1;
	for(i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d\\n", *(q + i));
	}
	free(q);
	q = NULL;
	return 0;
}

💨 结果：

在这里插入图片描述

小结

1️⃣ calloc相比malloc来说：calloc会主动初始化开辟的内存空间

💦 realloc

🎗 realloc的出现让动态内存管理更加灵活

在申请空间的时候，有时我们会发现过大了或过小了，需要灵活的调整：而能实现灵活调整的函数其实是realloc，所以malloc、calloc、realloc中realloc是毫无争议的一把手

⭕ 函数信息
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	//1.使用calloc开辟10个整形大小
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if(p == NULL)
	{
		perror("main");
		return 0;
	}
	//2.使用开辟的空间
	int i = 0;
	for(i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = 5;
	}

	//3.到了这里还需要10个整型空间，而p所指向的空间已经被使用完了，所以使用realloc调整空间	
	//为什么这样设计，请看正面详解：
	int* pnew = (int*)realloc(p, 20 * sizeof(int));
	if(pnew != NULL)
	{
		p = pnew;	
	}
	//.回收空间
	free(p);
	p = NULL;
	
	return 0;
}

📝详解：

🎗 realloc开辟原理
在这里插入图片描述
❓❔　思考：如何合适的接收realloc的地址呢

✖　int* p = (int*)realloc(p, 20 * sizeof(int));
如果用旧地址去接收：realloc有可能找不到合适的空间，来调整大小，这时就返回NULL。此时再交给p，不仅空间没开辟好，旧空间的内容也找不到了
—— 偷鸡不成蚀把米

✔　int* pnew = (int*)realloc(p, 20 * sizeof(int));
先用新地址接收，如果开辟成功再把它赋值给旧空间，这样不仅避免了旧空间的丢失，同样也适用场景一、场景二

🎗 realloc单独使用时能实现malloc的效果 (不会初始化)

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)realloc(NULL, 40);//同int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
		return 1;
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d\\n", *(p + i));
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

💨 结果：
在这里插入图片描述

三、常见的动态内存错误

💦 对NULL指针的解引用操作

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

int main01()
{
	int* p = (int*)malloc(10000000000);
	int i = 0;
	for(i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;//int* p = NULL; 如果开辟失败，就会非法访问内存
	}
	return 0;
}
/*--------------------改正--------------------*/
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10000000000);
	if(p == NULL)
	{
		perror("main");
		return 0;	
	}
	int i = 0;
	for(i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;//int* p = NULL; 如果开辟失败，就会非法访问内存
	}
	return 0;
}

小结

1️⃣ 对于malloc、calloc、realloc的返回值要作判空理

💦 对动态开辟空间的越界访问

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if(p == NULL)
	{
		return 0;	
	}
	int i = 0;
	for(i = 0; i < 40; i++)
	{
		*(p + i) = i;//越界访问
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

💦 使用free释放非动态开辟的空间

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	int* p = arr;
	int i = 0;
	for(i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	free(p);//这是err的
	p = NULL;
	return 0;
}

💦 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main01()
{
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if(p == NULL)
	{
		return 0;	
	}
	int i = 0;
	for(i = 0; i < 5; i++)
	{
		*p++ = i;
	}
	free(p);//没有完全回收
	p = NULL;
	return 0;
}
/*--------------------改正--------------------*/
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if(p == NULL)
	{
		return 0;	
	}
	//无非就是想让数组的的前5个元素初始化为0 1 2 3 4，只要不让p真实的往后走即可
	int i = 0;
	for(i = 0; i < 5; i++)
	{
		//1.
		p[i] = i;
		//2.
		//*(p + i) = i;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

小结
在这里插入图片描述

1️⃣ 未完全释放动态开辟的空间是err的

2️⃣ 可能会造成内存泄漏，因为没有人再能记住开辟的起始空间了

💦 对同一块动态内存多次释放

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main01()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	//使用
	//...
	//释放
	free(p);
	//...
	//...
	free(p);//err
	return 0;
}
/*--------------------改正--------------------*/
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	//使用
	//...
	//释放
	free(p);
	p = NULL;
	//...
	//...
	free(p);//无意义
	return 0;
}

小结

1️⃣ 在free完malloc、calloc、realloc开辟空间后，要及时置为NULL

💦 动态开辟内存忘记释放 (内存泄漏)

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
void test()
{
	int* p = (int*)malloc(100);//p是局部变量
	if(p == NULL)
		return;
	//使用
	//...
}
int main01()
{
	test();
	//...	
	//这里就内存泄漏了：
	//在test内动态开辟了空间，忘了释放。且局部变量p也没留下任何遗言，所以在函数外部也释放不了。只要程序没有死，这块空间就没人能找到	
	return 0;
}

💦 C/C++中程序内存区域划分示意图

在这里插入图片描述

1️⃣ 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。

2️⃣ 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。

3️⃣ 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。

4️⃣ 代码段:存放函数体（类成员函数和全局函数)的二进制代码。

四、几个经典的笔试题

💦 1.

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
void GetMemory(char* p)//p是str的一份临时拷贝
{
	p = (char*)malloc(100);//2.动态开辟空间后没有释放；p为局部变量，出了范围就找不到开辟的空间了，所以内存泄漏 	 	
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(str);//值传递
	strcpy(str, "hello world");//1.同strcpy(NULL, "hello world")
	printf(str);
}
int main01()
{
	Test();
	return 0;
}
/*--------------------改正1--------------------*/
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
char* GetMemory(char* p)
{
	p = (char*)malloc(100); 	
	return p;//在局部变量p销毁前，把指向动态开辟好的空间的地址返回回来
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	str = GetMemory(str);
	strcpy(str, "hello world");
	printf(str);
	free(str);
	str = NULL;
}
int main02()
{
	Test();
	return 0;
}
/*--------------------改正2--------------------*/
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
void GetMemory(char** p)
{
	*p = (char*)malloc(100); //*p找到str	
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(&str);//传址
	strcpy(str, "hello world");
	printf(str);
	free(str);
	str = NULL;
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

💦 2.

#include<stdio.h>
char* GetMemory(void)
{
	char p[] = "hello world";//p是局部变量，但是接收的内容是在栈区创建的
	return p;//这里虽然返回p的地址，但是这块空间的内容已经销毁了
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	str = 聊聊Block的内存管理那些事
 JVM内存的那些事
 JVM内存的那些事，你了解多少？
 JVM 内存的那些事
 JVM内存模型那些事
 java内存的那些事

动态内存管理那些事：malloccallocreallocfree

文章目录

一、为什么存在动态内存分配

二、动态内存函数的介绍

💦 malloc

💦 free

💦 calloc

💦 realloc

三、常见的动态内存错误

💦 对NULL指针的解引用操作

💦 对动态开辟空间的越界访问

💦 使用free释放非动态开辟的空间

💦 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

💦 对同一块动态内存多次释放

💦 动态开辟内存忘记释放 (内存泄漏)

💦 C/C++中程序内存区域划分示意图

四、几个经典的笔试题

💦 1.

💦 2.