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【C語言】動態(tài)內(nèi)存管理-創(chuàng)新互聯(lián)

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1. 為什么存在動態(tài)內(nèi)存分配

2. 動態(tài)內(nèi)存函數(shù)的介紹

2.1 malloc和free

2.2 calloc

2.3 realloc

3. 常見的動態(tài)內(nèi)存錯誤

3.1 對NULL指針的解引用操作

3.2 對動態(tài)開辟空間的越界訪問

3.3 對非動態(tài)開辟內(nèi)存使用free釋放

3.4 使用free釋放一塊動態(tài)開辟內(nèi)存的一部分

3.5 對同一塊動態(tài)內(nèi)存多次釋放

3.6 動態(tài)開辟內(nèi)存忘記釋放(內(nèi)存泄漏)

4. C/C++程序的內(nèi)存開辟

5. 柔性數(shù)組

5.1 柔性數(shù)組的特點:

5.2 柔性數(shù)組的使用


1. 為什么存在動態(tài)內(nèi)存分配

內(nèi)存開辟方式有:

int val = 20;//在??臻g上開辟四個字節(jié)

char arr[10] = {0};//在棧空間上開辟10個字節(jié)的連續(xù)空間

但是上述的開辟空間的方式有兩個特點:

1. 空間開辟大小是固定的。

2. 數(shù)組在申明的時候,必須指定數(shù)組的長度,它所需要的內(nèi)存在編譯時分配。

但是對于空間的需求,不僅僅是上述的情況。有時候我們需要的空間大小在程序運行的時候才能知道, 那數(shù)組的編譯時開辟空間的方式就不能滿足了。 這時候就只能試試動態(tài)存開辟了。

2. 動態(tài)內(nèi)存函數(shù)的介紹 2.1 malloc和free

C語言提供了一個動態(tài)內(nèi)存開辟的函數(shù):

void* malloc (size_t size);

參數(shù)size是要開辟的內(nèi)存的大?。ㄒ宰止?jié)為單位),返回值是指向這塊空間的指針。

  • 如果開辟成功,則返回一個指向開辟好空間的指針。
  • 如果開辟失敗,則返回一個NULL指針,因此malloc的返回值一定要做檢查。
  • 返回值的類型是 void* ,所以malloc函數(shù)并不知道開辟空間的類型,具體在使用的時候使用者自己 來決定。
  • 如果參數(shù) size 為0,malloc的行為是標準是未定義的,取決于編譯器。

C語言提供了另外一個函數(shù)free,專門是用來做動態(tài)內(nèi)存的釋放和回收的,函數(shù)原型如下:

void free (void* ptr);
  • 如果參數(shù) ptr 指向的空間不是動態(tài)開辟的,那free函數(shù)的行為是未定義的。
  • 如果參數(shù) ptr 是NULL指針,則函數(shù)什么事都不做。
  • 如果程序不結(jié)束,動態(tài)內(nèi)存不經(jīng)過free釋放,動態(tài)內(nèi)存是不會被釋放的。

malloc和free都聲明在 stdlib.h 頭文件中

例子:

#include#include#includeint main()
{
	//int arr[10];//向內(nèi)存申請了40個字節(jié)
	int* p = (int*)malloc(10*sizeof(int));
	int* ptr = p;
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));//輸出錯誤信息
		return 1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i< 10; i++)
	{
		*ptr = i;
		ptr++;
	}
	free(p);
	p = NULL;
    ptr = NULL;
 	return 0;
}
2.2 calloc
void* calloc (size_t num, size_t size);

函數(shù)的功能是為 num 個大小為 size 的元素開辟一塊空間,并且把空間的每個字節(jié)初始化為0。 與函數(shù) malloc 的區(qū)別只在于 calloc 會在返回地址之前把申請的空間的每個字節(jié)初始化為全0。

例子:

#include#includeint main()
{
 int *p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
 if(NULL != p)
 {
   int i = 0;
   for(i=0; i

所以如何我們對申請的內(nèi)存空間的內(nèi)容要求初始化,那么可以很方便的使用calloc函數(shù)來完成任務(wù)。

2.3 realloc

realloc函數(shù)的出現(xiàn)讓動態(tài)內(nèi)存管理更加靈活。

有時會我們發(fā)現(xiàn)過去申請的空間太小了,有時候我們又會覺得申請的空間過大了,那為了合理的時 候內(nèi)存,我們一定會對內(nèi)存的大小做靈活的調(diào)整。那 realloc 函數(shù)就可以做到對動態(tài)開辟內(nèi)存大小 的調(diào)整。

函數(shù)原型如下:

void* realloc (void* ptr, size_t size);
  • ptr 是要調(diào)整的內(nèi)存地址
  • size 調(diào)整之后新大小
  • 返回值為調(diào)整之后的內(nèi)存起始位置。
  • 這個函數(shù)調(diào)整原內(nèi)存空間大小的基礎(chǔ)上,還會將原來內(nèi)存中的數(shù)據(jù)移動到新的空間。

realloc在調(diào)整內(nèi)存空間的是存在兩種情況:

情況1:原有空間之后有足夠大的空間

要擴展內(nèi)存就直接原有內(nèi)存之后直接追加空間,原來空間的數(shù)據(jù)不發(fā)生變化。

情況2:原有空間之后沒有足夠大的空間

當是情況2 的時候,原有空間之后沒有足夠多的空間時,擴展的方法是:在堆空間上另找一個合適大小的連續(xù)空間來使用。這樣函數(shù)返回的是一個新的內(nèi)存地址。

例子:

#includeint main()
{
 int *ptr = (int*)malloc(100);
 if(ptr != NULL)
 {
     //業(yè)務(wù)處理
 }
 else
 {
     exit(EXIT_FAILURE);    
 }
 //擴展容量
 //代碼1
 ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//這樣是不可以的,如果申請空間失敗,將會返回空指針給ptr,導(dǎo)致原來的數(shù)據(jù)也找不到
 
 //代碼2
 int*p = NULL;
 p = realloc(ptr, 1000);
 if(p != NULL)
 {
 ptr = p;
 }
 //業(yè)務(wù)處理
 free(ptr);
 return 0;
}
3. 常見的動態(tài)內(nèi)存錯誤 3.1 對NULL指針的解引用操作
void test()
{
 int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);
 *p = 20;
 free(p);
}

如果開辟空間失敗,p的值是NULL,就會對空指針進行解引用操作,出現(xiàn)問題。

3.2 對動態(tài)開辟空間的越界訪問
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;//當i是10的時候越界訪問
 }
 free(p);
}
3.3 對非動態(tài)開辟內(nèi)存使用free釋放
void test()
{
 int a = 10;
 int *p = &a;
 free(p);
}
3.4 使用free釋放一塊動態(tài)開辟內(nèi)存的一部分
void test()
{
 int *p = (int *)malloc(100);
 p++;
 free(p);
}

經(jīng)過“p++”后,p不再指向動態(tài)內(nèi)存的起始位置。

3.5 對同一塊動態(tài)內(nèi)存多次釋放
void test()
{
 int *p = (int *)malloc(100);
 free(p);
 free(p);
}

p重復(fù)釋放。

3.6 動態(tài)開辟內(nèi)存忘記釋放(內(nèi)存泄漏)
void test()
{
 int *p = (int *)malloc(100);
 if(NULL != p)
 {
 *p = 20;
 }
}
int main()
{
 test();
 while(1);
}

如果程序不結(jié)束,動態(tài)內(nèi)存不經(jīng)過free釋放,動態(tài)內(nèi)存是不會被釋放的,就會出現(xiàn)內(nèi)存泄漏的現(xiàn)象。

4. C/C++程序的內(nèi)存開辟

C/C++程序內(nèi)存分配的幾個區(qū)域:

1. 棧區(qū)(stack):在執(zhí)行函數(shù)時,函數(shù)內(nèi)局部變量的存儲單元都可以在棧上創(chuàng)建,函數(shù)執(zhí)行結(jié) 束時這些存儲單元自動被釋放。棧內(nèi)存分配運算內(nèi)置于處理器的指令集中,效率很高,但是 分配的內(nèi)存容量有限。 棧區(qū)主要存放運行函數(shù)而分配的局部變量、函數(shù)參數(shù)、返回數(shù)據(jù)、返 回地址等。

2. 堆區(qū)(heap):一般由程序員分配釋放, 若程序員不釋放,程序結(jié)束時可能由OS回收 。分 配方式類似于鏈表。

3. 數(shù)據(jù)段(靜態(tài)區(qū))(static)存放全局變量、靜態(tài)數(shù)據(jù)。程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放。

4. 代碼段:存放函數(shù)體(類成員函數(shù)和全局函數(shù))的二進制代碼。?

實際上普通的局部變量是在棧區(qū)分配空間的,棧區(qū)的特點是在上面創(chuàng)建的變量出了作用域就銷毀。 但是被static修飾的變量存放在數(shù)據(jù)段(靜態(tài)區(qū)),數(shù)據(jù)段的特點是在上面創(chuàng)建的變量,直到程序 結(jié)束才銷毀所以生命周期變長。

5. 柔性數(shù)組

柔性數(shù)組(Flexible?Array)是引入的一個新特性,它允許你在定義結(jié)構(gòu)體時創(chuàng)建一個空數(shù)組,而這個數(shù)組的大小可以在程序運行的過程中根據(jù)你的需求進行更改特別注意的一點是:這個空數(shù)組必須聲明為結(jié)構(gòu)體的最后一個成員,并且還要求這樣的結(jié)構(gòu)體至少包含一個其他類型的成員。

不同編譯器有不同的定義形式:

typedef struct st_type
{
 int i;
 int a[0];//柔性數(shù)組成員
}type_a;
typedef struct st_type
{
 int i;
 int a[];//柔性數(shù)組成員
}type_a;
5.1 柔性數(shù)組的特點:
  • 結(jié)構(gòu)中的柔性數(shù)組成員前面必須至少一個其他成員。
  • sizeof 返回的這種結(jié)構(gòu)大小不包括柔性數(shù)組的內(nèi)存。
  • 包含柔性數(shù)組成員的結(jié)構(gòu)用malloc ()函數(shù)進行內(nèi)存的動態(tài)分配,并且分配的內(nèi)存應(yīng)該大于結(jié)構(gòu)的大 小,以適應(yīng)柔性數(shù)組的預(yù)期大小。
5.2 柔性數(shù)組的使用

包含柔性數(shù)組成員的結(jié)構(gòu)用malloc函數(shù)進行內(nèi)存的動態(tài)分配,且分配的內(nèi)存應(yīng)該大于結(jié)構(gòu)的大小,以適應(yīng)柔性數(shù)組的預(yù)期大小。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include#includestruct S
{
	int x;
	int a[];
};
int main()
{
    //為柔性數(shù)組a[]開辟了40個字節(jié)的空間
	struct S *ps =(struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 40);
	if (ps == NULL)                                    //檢查是否為空指針
	{
		perror("ps");
		return 1;
	}
	ps->x = 10;												
	int i = 0;					
	for (i = 0; i< 10; i++)								
	{                                                  
		ps->a[i] = i;                                   //數(shù)組使用
	}
	for (i = 0; i< 10; i++)
	{
		printf("%d  ",ps->a[i]);                        //數(shù)組打印
	}
	//若覺得40不夠用,可用realloc擴容
	//如:
	struct S* ptr = (struct S*)realloc(ps, sizeof(struct S) + 80);
	if (ptr == NULL)                                    //檢查是否為空指針
	{
		perror("realloc");
		return 1;
	}
	else
	{
		ps = ptr;
	}
 
	free(ps);                                            //釋放內(nèi)存并置為空指針
	ps = NULL;
}

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