一篇文章弄懂动态内存管理

Posted 2021-10-14 王不患吖吖吖

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为什么要存在内存管理？

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我们通常使用,局部变量数组来开辟内存如

int val=20;
int arr[10]={0};

但是上面内存开辟空间存在两个特点

1. 内存的空间开辟是固定的
2. 数组在申明时，必须要指定数组的长度，程序在编译是分配内存

但是对于空间的需求并不是固定的，有时候我们在程序运行时才能知道需要多少内存，这时候我们就需要动态管理内存了

动态函数的介绍

C语言有这样一个函数

void *malloc(size_t size);

函数向内存申请一块连续的空间，并返回指向这块空间的指针。

1. 如果开辟成功就返回一个指向开辟好空间的指针。
2. 如果开辟失败就返回一个空指针，使用在使用返回值的时候一定要做检查
3. 返回值是void*，所以根据不同情况要做强制类型转换
4. 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。

另一个函数free

void free（void *ptr）；

它用来释放动态开辟的内存

1. 参数ptr一定是指向一块动态内存开辟的空间，否则free函数的行为是未定义的。
2. free（NULL）可以存在，但是函数什么事情也不做。

malloc和free都是在stdlib.h头文件中的下面是一个简单的应用

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
int main()
{
	int n;
	scanf("%d", &n);
	int* ptr = NULL;
	ptr = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
	for (int i = 0; i < n; i++)
	{
		*(ptr + i) = i;
	}
	free(ptr);
	ptr = NULL;
}

calloc

calloc也用来实现动态内存分配

void *calloc(size_t num,size_t size)

函数的作用是将num个大小为size个的元素开辟一块空间，并将每个字节初始化为0。
与malloc函数的区别就是它在返回地址之前把空间的每一个字节都初始化为0举个例子

realloc

1. realloc函数可以让动态内存管理更加灵活。
2. realloc函数可以对于内存进行调整函数原型如下

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

1. ptr是要调整的内存地址
2. size是调整后的新大小
3. 返回值是内存调整后的起始位置
4. 这个函数会将原来的数据移动到新的空间
5. realloc调整内存空间有两种情况

1.原有空间有足够大的空间
2.没有足够大的空间

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。
2. 情况2 当是情况2
   的时候，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。这样函数返回的是一个新的内存地址
   使用realloc函数的使用就要注意一些

#include <stdio.h>
int main()
{
 int *ptr = malloc(100);
 if(ptr != NULL)
 {
     //业务处理
 }
 else
 {
     exit(EXIT_FAILURE);    
 }
 //扩展容量
 //代码1
 ptr = realloc(ptr, 1000);//这样可以吗？(如果申请失败会如何？)
 
 //代码2
 int*p = NULL;
 p = realloc(ptr, 1000);
 if(p != NULL)
 {
 ptr = p;
 }
 //业务处理
 free(ptr);
 return 0; }

*如果ptr申请失败那么原来的申请的100个字节将无法释放，会导致内存泄漏
正确的写法是使用新的变量来进行realloc申请成功再将新的变量赋给ptr *

常见的动态内存错误

• 对NULL指针的解引用操作

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

• 对动态空间的越界访问

void test()
{
 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);
 }

• free函数的错误使用

void test()
{
int a=10;
int *p=&a;
free(p);
//只有动态开辟的内存才能使用free
}

• free函数释放一块动态开辟内存的一部分

void test()
{
int *p=(int*)malloc(100);
p++;
free(p);//p不在指向初始地址，动态内存的起始位置
}

• 同一块内存的多次释放

void test（）
{
int *p=(int*)malloc(100);
free(p);
free(p);//重复释放
}

• 内存泄漏

void test()
{
 int *p = (int *)malloc(100);
 if(NULL != p)
 {
 *p = 20;
 }
 }

切记：动态开辟的内存一定要释放，并且正确释放。

常考的几个笔试题

void GetMemory(char *p) {
 p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void) {
 char *str = NULL;
 GetMemory(str);
 strcpy(str, "hello world");
 printf(str);
}

问运行test函数会发生上面
答：程序崩溃
因为GetMemory 并不能传递动态内存，Test 函数中的 str 一直都是 NULL。
执行完函数之后p获得的新的地址但是str仍然是空，另外没有对内存进行释放导致了内存泄漏
正确的改进方式

void GetMemory(char **p) {
 p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void) {
 char *str = NULL;
 GetMemory(&str);
 strcpy(str, "hello world");
 printf(str);
}

传入str变量的地址，因为str为char*类型，所以应该形式参数为二重指针
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下一题

void GetMemory(char **p, int num)
{
*p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(&str, 100);
strcpy(str, “hello”);
printf(str);
}
请问运行Test 函数会有什么样的结果？

会打印hello但是会发生内存泄漏，GetMemory()函数中未检查分配失败的情况；
if(*p==NULL){ }没有对分配的内存进行回收
free()；

下一题

题目：void Test(void)
{
char *str = (char *) malloc(100);
strcpy(str, “hello”);
free(str);
if(str != NULL)
{
strcpy(str, “world”);
printf(str);
}
}

请问运行Test 函数会有什么样的结果？

分析：
篡改动态内存区的内容，后果难以预料，非常危险。
因为free(str);之后，str 成为野指针，if(str != NULL)语句不起作用。

应在free(str)之后将str赋值为空 str=NULL;
以上是动态内存管理的介绍，十分全面。
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