C语言超详细梳理总结动态内存管理

2024-10-06 19:25:06

一.为什么存在动态内存分配

我们已经掌握的内存开辟方式有：

int a = 10；//在栈空间开辟4个字节的连续空间

int b[20] = { 0 };//在栈空间开辟20个字节的连续空间

这种开辟空间的方式有以下特点：

1.开辟空间的大小是固定的

2.开辟数组时必须指定大小

初学数组时，我写过下面的错误代码。

int N;
scanf("%d",&N);
int a[N]={ 0 };

可N是变量，不能用于数组元素个数的初始化。

如果我们需要的空间大小在程序运行时才能知道，那就只能试试动态内存开辟了。

二.动态内存函数的介绍

1.malloc和free

void* malloc (size_t size);void free (void* ptr);

malloc函数用于向内存申请一块连续可用的空间，并且返回指向这块空间的指针。

若开辟成功，返回指向这块空间的指针

若开辟失败，返回NULL指针，因此malloc的返回值一定要做检查

使用完malloc函数要用free释放申请的内存空间

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>int main(){int* p = (int*)malloc(40);//开辟40个字节的栈空间if (p == NULL)            //检查是否为空指针{perror("malloc");return 1;}for (int i = 0; i < 10; i++){*(p + i)=i;}free(p);                 //用完后释放空间，注意参数为首地址p = NULL;                //置为空指针}

2.calloc

void* calloc (size_t num, size_t size)

calloc的两个参数分别为申请元素的个数和每个元素的大小，

使用和malloc差不多，但是申请的空间会被初始化为0，

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>int main(){int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));if (p == NULL){perror("calloc");return 1;}for (int i = 0; i < 10; i++){printf("%d  ", *(p + i)); //输出为 10个0}free(p);p = NULL;}

3.realloc

void* realloc (void* ptr, size_t size)

realloc用于重新设置要开辟内存空间的大小，可以是增大或减小

指针ptr是指向先前使用 malloc、calloc 或 realloc 分配的内存块的指针。

size 是新开辟内存空间的大小

若原空间后面未开辟的空间足够使用，则返回原先的起始地址

若原空间后面未开辟的空间不足以填满新开辟内存空间，

则会在某个地址开辟所需要的空间，free掉原空间的地址，

并且返回新的地址的起始地址

真 · 一条龙服务

若扩容失败，会返回空指针，因此也要检查是否是空指针

三.常见的动态内存错误

1.对NULL指针的解引用操作

void test(){    int *p = (int*)malloc(INT_MAX/4);    *p = 20;    free(p);}

若p为空指针，则程序错误。

解决方案：检查是否为空指针

2.对动态开辟空间的越界访问

int main(){int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));if (p == NULL){perror("calloc");return 1;}for (int i = 0; i <= 10; i++)  //当i为10时，形成越界访问，程序出错{printf("%d  ", *(p + i));}free(p);p = NULL;}

使用这块空间时要注意是否已经越界访问

3.对非动态开辟的空间使用free释放

    int a = 10;int* p = &a;free(p);

一执行，程序崩溃了

4.使用free释放一块动态开辟空间的一部分

void test(){int* p = (int*)malloc(100);p++;free(p);}

同样会崩溃

5.对同一块开辟的空间多次释放

void test(){int* p = (int*)malloc(100);free(p);free(p);}

没错，又又又崩溃了，就不上图了

6.动态内存开辟忘记释放（内存泄漏）

如果使用空间后不释放，会导致内存泄漏。

内存泄漏的堆积，这会最终消耗尽系统所有的内存。

四.几个经典的笔试题 1.

void GetMemory(char* p)            //对空指针解引用{p = (char*)malloc(100);        //内存泄露}void test(){char* str = NULL;GetMemory(str);strcpy(str, "hello world");    printf(str);}int main(){test();}

p是str的一份临时拷贝，指向malloc申请的起始地址，

出了函数之后，内存还给系统，str仍为空指针，strcpy把“hello world”放进空指针

char *GetMemory(void){char p[] = "hello world";return p;}void test(){char* str = NULL;str=GetMemory(); //野指针strprintf(str);}int main(){test();}

定义字符串p，并返回p的地址

但是当出了这个函数，内存还给系统，没有使用权限

指针变为

void GetMemory(char** p,int num) //传址调用{*p = (char*)malloc(num); }void test(){char* str = NULL;GetMemory(&str,100);strcpy(str, "hello world");printf(str); //没有free}int main(){test();}

打印hello world

没有释放空间

void GetMemory(char** p,int num){*p = (char*)malloc(num);}void test(){char* str = (char*)malloc(100);strcpy(str, "hello world");free(str); //还给你，我还要用,哼~if (str != NULL){strcpy(str, "!!!");printf(str);}}int main(){test();}

开辟100个字节的空间后，又把这块空间还给操作系统。

再次把“！！！”放进这块空间，非法修改

tips：动态内存管理是在堆区上进行的。

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