C语言中关于动态内存分配的详解

【C语言】动态内存分配

本期,我们将讲解malloc、calloc、realloc以及free函数。

这是个动态内存分配函数的头文件都是 <stdlib.h>

c语言中动态分配内存的函数,可能有些初学c语言的人不免要问了:我们为什么要通过函数来实现动态分配内存呢?

首先让我们熟悉一下计算机的内存吧!在计算机的系统中大致有这四个内存区域:

1)栈:在栈里面储存一些我们定义的局部变量以及形参(形式参数);

2)字符常量区:主要是储存一些字符常量,比如:char *p=”hello world”;其中”hello world”就储存在字符常量区里面;

3)全局区:在全局区里储存一些全局变量和静态变量;

  1. 堆:堆主要是通过动态分配的储存空间,也就是我们接下需要讲的动态分配内存空间。
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静态内存和动态内存的比较:

  • 静态内存是有系统自动分配,由系统自动释放。 静态内存是在分配的。(例如:函数里的局部变量)
  • 动态内存是由程序员手动分配,手动释放。 动态内存是在分配的。(例如:用C语言写链表时,需要自己对Node结点分配内存空间)
一、malloc 与free函数

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

返回类型: void*,也就是说这个函数的可以返回所有类型的指针形式。只需要在开辟空间的时候进行强制类型转换一下即可。

函数参数:size_t size, 这个参数就是告诉这个函数,你需要开辟多少个字节的内存空间。

void free(void* memblock) ;

没有返回参数。

函数参数:void* memblock, free函数可以接收来自所有类型指针的 动态分配 的 内存空间。

一切以栗子来描述吧:

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main()
{
    //开辟10个int类型的空间
    int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int)); //切记这里给的大小,是10  *  int(4个字节)
    int i = 0;
    if (arr == NULL)
    {
        perror("malloc"); //有可能,malloc开辟空间失败,则malloc会返回NULL
        return 1;
    }
    
    for (i = 0; i < 10; i++)
        *(arr + i) = i; //放入数据 0 …… 9
    
    for (i = 0; i < 10; i++)
        printf("%d ",*(arr + i));
    
    //记得释放所开辟的空间
    free(arr); 
    return 0;
}
二、calloc

void* calloc (size_t num, size_t** size );

返回类型:与malloc函数是一样的,就不在多说了。

函数参数:size_t num, 需要开辟多少个元素的空间。

​ size_ size, 每一个元素,所占用的内存空间是多少个字节。

:与函数 malloc 的区别只在于 calloc 会在返回地址之前把申请的空间的每个字节初始化为全0。

栗子:

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
    //还是申请10个int类型的内存空间
    int* arr = (int*)calloc(10, sizeof(int));
    if (arr == NULL)
    {
        perror("calloc"); //calloc开辟空间的话,会返回NULL
        return 1;
    }
    
    //不做赋值运算,直接输出刚开辟的空间,看是否是已经初始化为0了
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++)
        printf("%d ",*(arr + i));
    
    //记得释放空间
    free(arr);
    return 0;
}
三、realloc

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

作用: Reallocate memory blocks.(重新分配内存块)

  • memblock是需要调整的内存地址

  • size调整之后新大小

  • 返回值为调整之后的内存起始位置。

  • 这个函数调整原内存空间大小的基础_上,还会将原来内存中的数据移动到新的空间。

  • realloc在调整内存空间的是存在两种情况:

    情况1 :原有空间之后有足够大的空间

    C8CDC1D7-7437-A8F6-8381-C7B0D9BFE14D.png

    假设我还想为“红色框内的内存空间,扩大一倍,并且在这块空间的后面,是有足够的空间。所有realloc函数会在这紧挨这红色框后面直接开辟空间。并且返回的还是红色框的首元素地址。

    情况2: 原有空间之后没有足够大的空间

    8008C457-7348-C9F1-358C-CA0F21BACC1B.png

此时,如果我还想为红色框的内存空间进行扩大,此时红色框后面紧挨着的空间已经被其他程序所占用了,此时想开辟空间的话,只能将现在这块空间先释放掉(realloc会自动释放),再去其他大一点的地方进行开辟空间。

如图:

B9083B20-69A5-F426-7C96-361C5950ABD6.png

:realloc函数,有一个很值得注意的地方,看如下代码:

int main()
{
    int* arr = (int*)malloc(5 * sizeof(int)); //先开辟5个int类型的空间
    if (arr == NULL)
        return 1;
    
    //此时,我觉得malloc开辟的空间小了,我想增加
    arr = (int*) realloc(arr, 10);
    
    free(arr);
    return 0;
}

大家觉得,这段代码,有什么弊端?

分析:

在第8行,realloc函数,去调整arr的空间。他是先查看arr后面的内存空间是否够用,如果不够用的话,会去寻找其他大一点的地方去开辟空间。假设此时我的内存已经满了,此时realloc返回的是NULL。

也就是说,我本来想增容,结果没增成功,还把以前空间里的数据弄丢了。

所以在使用realloc函数时,先使用一个临时变量进行保存一下,如果返回不是NULL,我们在把返回的内存地址赋值给arr即可。

如下:

int main()
{
    int* arr = (int*)malloc(5 * sizeof(int)); //先开辟5个int类型的空间
    if (arr == NULL)
        return 1;
    
    //此时,我觉得malloc开辟的空间小了,我想增加
    int* tmp = NULL;
    tmp = (int*) realloc(arr, 10);
    if (tmp != NULL)
        arr = tmp;
    
    free(arr);
    return 0;
}
四、常见的动态内存的错误
  • 对NULL进行解引用操作

    int main()
    {
        int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
        *arr = 10; //没有对arr进行NULL的判断
        free(arr);
        return 0;
    }
  • 对非动态内存分配的空间进行free释放

    int main()
    {
        int a = 10;
        int* pa = &a;
        free(pa); //pa指针,并不是malloc等函数开辟的空间,不能使用free释放,系统会自动回收的
        return 0;
    }
  • 使用free函数释放一块动态分配空间的一部分

    int main()
    {
        int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
        if (arr == NULL)
            return 1;
        arr++; //此时,arr向后跳了4个字节
        free(arr); //现在再去释放空间,最前面的4个字节的空间就没有释放到,会报错
        return 0;
    }
  • 对同一块内存空间进行多次释放

    int main()
    {
        int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
        if (arr == NULL)
            return 1;
        
        free(arr);
        free(arr); //重复释放了
        return 0;
    }
  • 动态开辟的空间忘记释放(内存泄漏)

    int main()
    {
        int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
        if (arr == NULL)
            return 1;
        
        //没有释放空间,会造成内存泄漏
        //造成内存泄漏,有很多原因,例如,在调用其他函数时,想传回到本函数,指针没用正确,导致开辟的空间没有传回来等等
        return 0;
    }

    注: 动态开辟的内存空间,切记 一定要释放。不然后果很严重的!!!

本期更新就完啦!!!我们下期见啦

main()

{

int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));

if (arr == NULL)

return 1;

//没有释放空间,会造成内存泄漏
  //造成内存泄漏,有很多原因,例如,在调用其他函数时,想传回到本函数,指针没用正确,导致开辟的空间没有传回来等等
  return 0;

}

注: 动态开辟的内存空间,切记 一定要释放。不然后果很严重的!!!

本期更新就完啦!!!我们下期见啦
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