C语言动态内存管理

Posted on by hackdl

一.为什么要进行动态内存管理

我们现在已有的内存开辟方式有：

int a = 10;//在栈上开辟四个字节的空间
int arr[10] = { 0 };//在栈上开辟40个字节的连续空间

但是上述申请内存空间的方式有两个特点：

  1. 空间开辟的大小是固定的：
  2. 数组在申请空间的时候，必须说明其大小，一旦申请后，大小便不可再改变。

但是我们在日常写代码过程中不可能只遇到这种情况。有时候开辟的空间的大小在程序运行时我们才能知道，那以上两种方式开辟空间的方式就不再满足我们的需求了。

所以，C语言提出了动态内存管理，让程序员可以自己开辟所需大小的空间，让空间的使用更加灵活。

二.malloc和free

malloc和free是动态内存管理的两个重要函数，我们要利用它们来进行内存的申请和释放。

2.1malloc函数

malloc函数是C语言提供的一个动态内存开辟的函数，它会开辟一个连续的内存空间。它的参数是所需要开辟内存空间的大小，单位是字节，返回值是一个void*类型的指针，指向该开辟的内存的首地址。malloc的使用有以下几个特点：

  1. 如果内存开辟成功，返回已开辟好的空间的地址；
  2. 如果开辟失败，则返回NULL指针，所以malloc的返回值一定要检查；
  3. 该函数的返回值是void*，所以该函数并不知道要开辟空间的类型，由程序员设置；
  4. 如果size为0，则该行为是未定义的，结果取决于编译器；
  5. 使用malloc函数需要包含头文件。

我们看到，利用该函数确实开辟了一块40个字节的连续内存空间。

2.2free函数

上面，我们利用malloc函数开辟了内存空间，那我们开辟空间是为了使用，那我们使用完之后最好把该空间再还给操作系统，这样才不会造成内存空间的泄露服务器托管。

C语言也提供了free函数，用来释放和回收动态开辟的内存空间。

free函数的参数是一个指针，指向的是一块由malloc、calloc或者realloc开辟的动态的内存空间。而该函数无返回值。该函数有以下注意事项：

  1. 该函数释放的内存空间必须是由malloc、calloc或者realloc开辟的动态内存空间，否则将会是未定义的行为；
  2. 如果参数为NULL，则free函数不进行任何操作；
  3. 该函数不会修改其自身的值，他还是指向那块空间，只是没有了该空间的使用权；
  4. 传给free的参数一定得是要被释放的内存的起始位置；
  5. free函数的使用得包含头文件。

我们看，当我们使用free之后，该动态内存空间就被释放了，还给了操作系统。

动态申请的空间已经被释放，那参数的内容是否被修改了呢？

我们看到，该指针依旧指向已经被释放的那块空间，只是没有了该空间的使用权，这时，该指针就成了野指针。为了避免野指针对程序的危害，我们应该主动将释放后的指针置为空指针。

我们上面还提到，对于malloc申请的空间要进行检查，只有申请成功才会返回申请空间的起始地服务器托管址，否则返回NULL，为了避免对NULL的操作，所以我们应该在申请完后对其进行检查。

修改后的代码为：

#include 
#include 

int main()
{
	//开辟了一个40个字节的内存大小
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
	printf("%pn", p);

	//对所申请的空间进行检查，如果为NULL，则申请失败，终止程序
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}

	//利用该空间存放1~10
	int i = 0;
	for (i = 0; i

三.calloc和realloc

在动态申请内存的过程中，除了malloc和free这两个函数，calloc和realloc也是两个非常重要的申请动态空间的函数。

3.1calloc函数

  1. calloc的功能是为num个大小为size的元素开辟一块连续的动态内存，并且将空间的每个字节都初始化为0；
  2. calloc函数与malloc函数的区别只是在calloc会将申请的空间的每一个字节初始化为。

我们调试内存窗口发现，calloc确实会将开辟的空间的每一个字节赋值为0。

如果我们对申请的内存空间有初始化的要求，那么用calloc就可以很方便的实现。

3.2realloc函数

realloc函数的存在使得动态内存的管理更加灵活。

有时候我们发现先前开辟的动态内存太小了，有时候又觉得太大了，那么为了更加合理的使用内存，我们肯定会对内存的大小进行灵活地调整。那么realloc函数就可以对动态内存空间进行大小的调整。

该函数的功能就是将ptr所对应的内存空间修改成size大小，单位是字节。使用该函数有以下几点需要注意：

  1. ptr是要调整的大小的内存地址；
  2. size是调整之后的内存大小；
  3. 该函数返回调整之后内存的起始地址。

而realloc对内存大小的修改有三种情况：

3.2.1情况一：

3.2.2情况二：

3.2.3情况三：

开辟空间失败，返回NULL。

3.2.4realloc函数使用的注意事项

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 5);

	//……

	p = realloc(p, sizeof(int) * 10);

	return 0;
}

我们是否可以直接用p接收新开辟的内存空间呢？

如果realloc开辟空间失败了呢？我们不仅没有得到新的内存空间，还丢失了原先p所控制的20个字节。所以，我们不可以直接用p接收。我们可以先创建一个临时变量来接收新空间的地址，如果该空间成功开辟，我们再将新空间的地址赋给p。

#include 
#include 

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 5);
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}

	int *ptr = realloc(p, sizeof(int) * 10);

	if (ptr != NULL)//开辟成功
	{
		p = ptr;
		ptr = NULL;
		//...
	}
	else//开辟失败，可以继续使用原来的空间
	{
		//...
	}
	return 0;
}

3.2.5realloc的特殊用法

如果传给realloc函数的第一个参数为NULL，则realloc的作用就与malloc相同，会开辟一个size个字节的内存空间。

int main()
{
	int* p = realloc(NULL, sizeof(int) * 5);
	//上式 == malloc(sizeof(int)*5);

	return 0;
}

四.常见的动态内存的错误

4.1对NULL的解引用操作

我们在使用malloc、calloc、realloc函数动态开辟空间的时候很少遇到开辟失败的情况，但也不是没有。

#include 
#include 

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10*INT_MAX);
	*p = 20;
	free(p);
	return 0;
}

我们调试上面代码发现，出现了错误，说p是nullptr，即p是空指针。我们对空指针进行解引用操作肯定会报错，所以我们在使用动态内存开辟函数的时候，要进行检查！！！

我们对该代码增加检查代码后，发现打印了错误信息，说明此时p指针为NULL，即内存空间开辟失败。此时就不能对其进行解引用操作了。

4.2对动态开辟空间的越界访问

我们知道，malloc、calloc和realloc开辟的是一段连续的内存，我们完全可以将其看成是一个数组。


//4.2对动态开辟空间的越界访问

#include 
#include 

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 5);
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	
	int i = 0;
	for (i = 0; i

对于该代码来说，利用malloc开辟的内存空间就相当于创建了一个大小为5的整型数组，而我们在对其进行赋值操作的时候，发生了越界访问，此时访问到不是自己的空间数据会导致程序崩溃。

运行结果为：

4.3对非动态开辟内存使用free


//4.3对非动态开辟内存使用free

#include 
#include 

int main()
{
	int n = 20;
	int* p = &n;
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

我们在介绍free函数的时候就强调，free函数所释放的空间必须是动态开辟的内存空间，如果释放其他的空间是未定义的行为。

4.4使用free释放动态开辟内存的一部分


//4.4使用free释放动态开辟内存的一部分

#include 
#include 

void test()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	p++;
	free(p);//p不再指向动态内存的起始位置 
}

int main()
{
	test();
	return 0;
}

我们也在介绍free函数的时候强调过，free函数参数必须是动态内存空间的起始位置。在该函数中，p已经不是动态内存的起始位置，对其进行free操作也是未定义的。

4.5对同一块动态内存多次释放

//4.5对同一块动态内存多次释放

#include 
#include 

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

int main()
{
	test();
	return 0;
}

我们对动态内存进行free操作后，若不将其置为NULL，其就是野指针，不再表示动态内存，对其在进行free操作，同样是错误的，该行为是未定义的。

但是我们在写代码的过程中，代码量过多的话，我们会忘记我们是否已将其内存释放，所以难免会对其进行多次释放。

为了解决这个问题，我们可以在一次free之后，立马将其置为NULL，这样就算之后在对其进行释放，也不会报错，因为free对NULL是不进行任何操作的。

4.6动态开辟内存忘记释放（内存泄露）

我们在使用动态内存开辟函数的时候，使用完之后就应该将内存释放掉，还给操作系统。但是我们有可能忘记要释放内存，但是再程序结束的时候，就算我们没有进行释放，操作系统会主动释放那些动态申请的空间。

但是对于一些服务器程序来说，基本上要一直运行，如果没有进行free操作，内存就会被浪费，如此往复，内存就用被占用完。虽然你重启后内存又恢复了，但是治标不治本，运行几次内存又会被占用。这就是内存泄露。

为了避免内存泄露的问题，我们再使用完动态开辟的内存之后，一定要记得free掉，如果没法立即释放，也要告诉要使用的人，使用完记得free掉。

完！

服务器托管，北京服务器托管，服务器租用 http://www.fwqtg.net

服务器托管，北京服务器托管，服务器租用，机房机柜带宽租用

服务器托管

咨询：董先生

电话13051898268 QQ/微信93663045！

上一篇:
下一篇: