文章目录
前言
动态内存管理是今后学习数据结构的基础，它弥补了之前学习一般数组的缺点，即不能按需使用内存：数组在初始化时的大小就已经被确定了。这种规定虽然提高了安全性，但对合理高效地使用内存不利，这篇文章将详细讲解几种动态内存管理函数、讲解经典笔试题以加深理解、介绍C/C++内存开辟的特点以及柔性数组的使用
1. 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：
//1. 创建一个变量
int a = 20;//在栈空间上开辟四个字节
//2. 创建一个数组
char arr[10] = { 0 };//在栈空间上开辟10个字节的连续空间
但是上述的开辟空间的方式有两个特点：
int num = 0;
scanf("%d", &num);
//这种写法是不被允许的
注意：
动态内存分配是在堆区上处理的
2. 动态内存函数
2.1 malloc和free
malloc要和free配对使用
malloc和free都声明在stdlib.h 头文件中。
2.1.1 malloc
void* malloc (size_t size);//字节
要点
2.1.2 free
void free (void* ptr);
要点
2.1.3 用例
#include <stdio.h>
int main()
{
int* ptr = NULL;//初始化指针
ptr = (int*)malloc(1000);
if (NULL != ptr)//判断ptr指针是否为空
{
int i = 0;
for (i = 0; i < num; i++)
{
*(ptr + i) = 0;
}
}
free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存
ptr = NULL;//free掉以后一定要将指针置空
return 0;
}
要点
- 开辟内存的不同写法
ptr = (int*)malloc(1000);
ptr = (int*)malloc(100 * sizeof(int));
free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存
ptr = NULL;//free掉以后一定要将指针置空
2.2 calloc
void* calloc (size_t num, size_t size);
要点
举个例子：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
if (NULL != p)
{
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", *(p + i));//打印
}
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
2.3 realloc
void* realloc (void* ptr, size_t size);
要点
- 情况1：原有空间之后有足够大的空间
- 情况2：原有空间之后没有足够大的空间
由于上述的两种情况，realloc函数的使用就要注意一些。
3. 常见错误
3.1 对NULL指针解引用
void test()
{
int num = 0;
scanf("%d", &n);
int* p = (int*)malloc(num);
*p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
free(p);
}
改进
void test()
{
int num = 0;
scanf("%d", &n);
int* p = (int*)malloc(num);
if(p != NULL)//判断指针是否为空
*p = 20;
free(p);
}
3.2 越界访问动态开辟空间
void test()
{
int i = 0;
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
//这里只开辟了10个int大小的空间
if (NULL == p)
{
return 0;
}
for (i = 0; i <= 10; i++)
{
*(p + i) = i;//循环11次，当i是10的时候越界访问
}
free(p);
}
3.3 使用free释放非动态开辟内存
void test()
{
int a = 10;
int* p = &a;
free(p);//ok?
}
3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (p == NULL)
return 0;
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
*p = 1;
p++;//改变了起始地址
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
3.5 对同一块动态内存多次释放
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (p == NULL)
return 0;
free(p);//c第一次
p = NULL;
//一堆代码...
free(p);//第二次
p = NULL;
return 0;
}
3.6 动态开辟内存未释放（内存泄漏）
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
int* p = (int*)malloc(100);
if (NULL != p)
{
*p = 20;
}
return 0;
}
4. 笔试题
4.1 题目1
//请问运行Test 函数会有什么样的结果？
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
void GetMemory(char* p)
{
p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
GetMemory(str);
strcpy(str, "hello world");
printf(str);
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
解读
改进
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
void GetMemory(char** p)
{
*p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
GetMemory(&str);
strcpy(str, "hello world");
printf(str);
free(ptr);//free掉
ptr = NULL;
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
char* GetMemory(char* p)//改变了返回值类型
{
p = (char*)malloc(100);
return p;
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
str = GetMemory(str);//将返回值赋值给str
strcpy(str, "hello world");
printf(str);
free(ptr);
ptr = NULL;
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
请思考 ：一般变量在函数调用完毕后会被销毁，那这块开辟的内存空间也会被销毁吗？
4.2 题目2
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
char* GetMemory(void)
{
char p[] = "hello world";
return p;
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
str = GetMemory();
printf(str);
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
解读
4.3 题目3
#include<stdio.h>
#include<stdlib.>
#include<string.h>
void GetMemory(char** p, int num)
{
*p = (char*)malloc(num);
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
GetMemory(&str, 100);
strcpy(str, "hello");
printf(str);
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
解读
4.4 题目4
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
void Test(void)
{
char* str = (char*)malloc(100);
strcpy(str, "hello");
free(str);
if (str != NULL)
{
strcpy(str, "world");
printf(str);
}
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
解读
改进
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
void Test(void)
{
char* str = (char*)malloc(100);
strcpy(str, "hello");
free(str);
str = NULL;
if (str != NULL)
{
strcpy(str, "world");
printf(str);
}
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
5. C/C++程序的内存开辟
以一段代码为例
C/C++程序内存分配的几个区域：
以上图理解static修饰局部变量
6. 柔性数组
C99 中，结构中的最后一个元素允许是未知大小的数组，这就叫做柔性数组成员。
例如
typedef struct st_type
{
int i;
int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
有些编译器会报错无法编译可以改成：
typedef struct st_type
{
int i;
int a[];//柔性数组成员
}type_a;
6.1 柔性数组的特点
typedef struct st_type
{
int i;
int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(type_a));//输出的是4
return 0;
}
6.2 柔性数组的使用
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
struct s
{
int i;
int a[0];//柔性数组成员
};
int main()
{
int i = 0;
struct s* p = (struct s*)malloc(sizeof(struct s) + 100 * sizeof(int));
//使用指针变量维护和使用malloc开辟内存要强转
p->i = 100;//修改成员i的值
for (i = 0; i < 100; i++)
{
p->a[i] = i;//修改成员a的值
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
6.3 柔性数组的优势
以上代码和下面等价，但有所不同。以下面的代码为例与之作比较。
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
typedef struct st_type
{
int i;
int* p_a;//后面把这个指针变量当数组使用
}type_a;
int main()
{
type_a* p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a));
//为结构体开辟内存
p->i = 100;//修改成员i
p->p_a = (int*)malloc(p->i * sizeof(int));
//为数组成员开辟内存
for (int i = 0; i < 100; i++)
{
p->p_a[i] = i;//修改数组成员
}
//释放空间
free(p->p_a);
p->p_a = NULL;
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
这里将一个数组作为结构成员，并单独为它开辟内存空间，每次通过结构访问成员使用它，这和柔性数组的特性是十分类似的。
不同或者说是前者的优点
结语
动态内存管理是数据结构的基础，一个比较长的链表需要不断地开辟和释放内存，但这么做的意义不仅在于更灵活地使用数组，弥补一般数组不能按需增加长度的缺点，更在于这么做能提高内存的使用效率，这是单纯一个数组无法做到的。
欢迎指正！
如果你有收获的话，不妨给作者一个鼓励吧~
