C语言深入讲解动态内存分配函数的使用

目录

• 一、malloc
• 二、free(用于释放动态开辟的空间)
• 三、calloc
• 四、realloc
• 五、常见的动态内存分配错误
• 六、柔性数组

局部变量和函数的形参向栈区申请空间

全局变量和static静态变量向静态区申请空间

动态内存分配向堆区申请空间(位于<stdlib.h>或<cstdlib>头文件)

一、malloc

void* malloc (size_t size);

分配内存块

分配一个连续可用的字节内存块，返回指向该内存块开头的指针。

新分配的内存块的内容未初始化，内存块中的数据为不确定值。

如果为参数为零，则返回值取决于特定的库实现（它可能是空指针，也可能不是空指针）。

参数

内存块的大小，以字节为单位。

是无符号整数类型，size_t。

返回值

成功时，为指向函数分配的内存块的指针。

此指针的类型始终为void*，可以将其转换为所需的数据指针类型。(C++由于其类型检查更为严格，则必须进行强制类型转换)

如果函数未能分配请求的内存块，则返回空指针NULL。

#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<stdio.h>
int main()
{
    int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    if (p == NULL)
    {
        printf("%s\n", strerror(errno));
    }
    else
    {
        for (int i = 0; i < 10; ++i)
        {
            *(p + i) = i;
        }
        for (int i = 0; i < 10; ++i)
        {
            printf("%d ", *(p + i));
        }
    }
    free(p);
    p = NULL;
    /*
    1.断开指针与动态开辟的空间的联系，避免指针的危险操作
    2.防止对同一块动态空间内存空间的重复释放
    */
    return 0;
}

输出

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

二、free(用于释放动态开辟的空间)

void free(void* ptr);

解除分配内存块

1.若参数ptr指向的空间不是动态开辟的，那么free函数的行为是未定义的。

2.若参数ptr是NULL指针，则free函数什么也不做。

3.free只释放堆区空间，但ptr仍指向那块空间。所以使用完free后要将ptr置为NULL,切断ptr与该内存块的联系。

参数

指向要释放的那块空间的指针（必须指向初始位置）

返回值

无

错误案例

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
    int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
    if (p == NULL)
    {
        return 1;
    }
    for (int i = 0; i < 10; ++i)
    {
        *(p + i) = i;
    }
    for (int i = 0; i < 10; ++i)
    {
        printf("%d ", *(p++));//这里指针移动
    }
    free(p);//导致free释放的不是初始位置的指针，程序崩溃
    p = NULL;
    return 0;
}

三、calloc

void* calloc(size_t num,size_t num);

分配和零初始化内存块

1.函数的功能是为num个大小为size的元素开辟空间。

2.与malloc的区别只在于calloc会在返回地址前将申请的空间的每个字母初始化为0。

#include <stdio.h>      /* printf, scanf, NULL */
#include <stdlib.h>     /* calloc, exit, free */
int main ()
{
  int i,n;
  int * pData;
  printf ("Amount of numbers to be entered: ");
  scanf ("%d",&i);
  pData = (int*) calloc (i,sizeof(int));
  if (pData==NULL) exit (1);
  for (n=0;n<i;n++)
  {
    printf ("Enter number #%d: ",n+1);
    scanf ("%d",&pData[n]);
  }
  printf ("You have entered: ");
  for (n=0;n<i;n++) printf ("%d ",pData[n]);
  free (pData);
  return 0;
}

四、realloc

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

重新分配内存块

1.ptr为要调整的内存空间，size为调整后的新大小

2.返回值为调整后的内存块的起始位置

注意事项

1.若ptr指向的空间之后有足够的空间可以追加，则直接追加，然后返回ptr。

2.若ptr指向的空间之后没有足够的内存空间，则realloc函数会重新找一块内存空间，开辟一块满足需求的内存空间，并且把原来内存中的数据拷贝过来，释放旧的内存空间，最后返回新开辟的内存空间的地址。

#include <stdio.h>      /* printf, scanf, puts */
#include <stdlib.h>     /* realloc, free, exit, NULL */
int main ()
{
  int input,n;
  int count = 0;
  int* numbers = NULL;
  int* more_numbers = NULL;
  do {
     printf ("Enter an integer value (0 to end): ");
     scanf ("%d", &input);
     count++;

     more_numbers = (int*) realloc (numbers, count * sizeof(int));

     if (more_numbers!=NULL) {
       numbers=more_numbers;
       numbers[count-1]=input;
     }
     else {
       free (numbers);
       puts ("Error (re)allocating memory");
       exit (1);
     }
  } while (input!=0);
  printf ("Numbers entered: ");
  for (n=0;n<count;n++) printf ("%d ",numbers[n]);
  free (numbers);
  return 0;
}

五、常见的动态内存分配错误

1.对NULL指针的解引用操作（要进行返回值的判断）

2.对动态开辟空间的越界访问

3.对非动态开辟内存的空间的使用free进行释放

4.使用free释放一块动态开辟内存的一部分

（若指针位置发生变化，归位后再进行释放）

5.对同一块动态内存的多次释放

6.动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

六、柔性数组

C99中，结构体中的最后一个元素是未知大小的数组，被称为柔性数组成员。

特点

1.结构体中柔性数组成员前必须至少有一个其他成员。

2.sizeof返回的这种结构体的大小不包括柔性数组的内存大小。

3.包含柔性数组成员的结构体用malloc函数进行内存动态内存的动态分配，并且分配的内存应大于结构体的大小，以适应柔性数组的预期大小。

优势

1.方便内存释放。

2.利于访问速度，减少内存碎片。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
struct S
{
    int n;
    int arr[];
};
int main()
{
    struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 5 * sizeof(int));
    //给arr分配内存20个字节的空间
    if (ps == NULL)
    {
        return 1;
    }
    //……………………操作
    free(ps);
    ps = NULL;
    return 0;
}

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