C语言基础：012 C进阶语法 - 动态内存和柔性数组_012c

1. 为什么要动态内存分配

1.1 固定开辟空间的方式有两个特点：

1. 空间开辟大小是固定的。
2. 数组在申明的时候，必须指定数组的长度，它所需要的内存在编译时分配。

1.2 某些情况下，需要空间的大小在程序运行阶段才知道

所以需要的动态分配内存空间。

2. 动态内存函数

2.1 malloc：动态开辟内存

2.1.1 函数原型：void* malloc (size_t size);

2.1.2 函数含义

1. 这个函数向内存申请一块连续可用的空间，并返回指向这块空间的指针。
2. 如果开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针。
3. 如果开辟失败，则返回一个NULL指针，因此malloc的返回值一定要做检查。
4. 返回值的类型是 void* ，所以malloc函数并不知道开辟空间的类型，具体在使用的时候使用者自己来决定。
5. 如果参数 size 为0，malloc的行为是标准是未定义的，取决于编译器。

2.1.3 code示例

2.2 free：动态内存的释放和回收

2.2.1 函数原型：void free (void* ptr);

2.2.2 函数含义

1. free函数用来释放动态开辟的内存。
2. 如果参数 ptr 指向的空间不是动态开辟的，那free函数的行为是未定义的。
3. 如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做。
4. malloc和free都声明在 stdlib.h 头文件中。

2.2.3 code示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int num = 10;
	int* p = (int*)malloc(num);
	if (NULL != p)
	{
		//使用空间
		printf("%p\n", p); // 000002223EA7F370
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}
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2.3 calloc

2.3.1 函数原型：void* calloc (size_t num, size_t size);

2.3.2 函数含义

1. 函数的功能是为 num 个大小为 size 的元素开辟一块空间，并且把空间的每个字节初始化为0。
2. 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。

2.3.3 code示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int num = 10;
	int* p = (int*)calloc(num, sizeof(int));
	if (NULL != p)
	{
		//使用空间
		printf("%p\n", p); // 000001B23D5C3810
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}
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2.4 realloc：动态调整开辟内存的大小

2.4.1 函数原型：void* realloc (void* ptr, size_t size);

2.4.2 函数含义

1. ptr 是要调整的内存地址
2. size 调整之后新大小
3. 返回值为调整之后的内存起始位置。
4. 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。
5. realloc在调整内存空间的是存在两种情况：

6. 情况1：**原有空间之后有足够大的空间**
   		当是情况1 的时候，要扩展内存就直接**原有内存之后直接追加空间**，原来空间的数据不发生变化。
   情况2：**原有空间之后没有足够大的空间**
   		当是情况2 的时候，原有空间之后没有足够多的空间时，扩展的方法是：**在堆空间上另找一个合适大小的连续空间来使用。**这样函数返回的是一个新的内存地址
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2.4.3 code示例

3. 常见动态内存错误

3.1 对NULL指针的解引用操作

void test()
{
	int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);
	*p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
	free(p);
}
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3.2 对动态开辟空间的内存访问

void test()
{
	int i = 0;
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (NULL == p)
	{
		exit(0);
	}
	for (i = 0; i <= 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;//当i是10的时候越界访问
	}
	free(p);
}
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3.3 对非动态开辟内存使用free释放

void test()
{
	int a = 10;
	int *p = &a;
	free(p);//ok?
}
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3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

void test()
{
	int *p = (int *)malloc(100);
	p++;
	free(p);//p不再指向动态内存的起始位置
}
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3.5 对同一块动态内存多次释放

void test()
{
	int *p = (int *)malloc(100);
	free(p);
	free(p);//重复释放
}
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3.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄露）

忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄漏

void test()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	if (NULL != p)
	{
		*p = 20;
	}
}
int main()
{
	test();
	while (1);
}
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4. C/C++ 内存开辟

1. C/C++程序内存分配的几个区域
   （1）栈区
   栈区存放：运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。普通的局部变量是在栈区分配空间的，栈区的特点是在上面创建的变量出了作用域就销毁。
   （2）堆区
   一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收 。分配方式类似于链表。
   （3）数据段（静态区）
   存放：被static修饰的变量，static修饰的全局变量、静态数据。
   （4）代码段
   存放：存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码。
   

5. 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。
code示例：

typedef struct st_type
{
 int i;
 int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
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5.1 柔性数组的特点

5.1.1 特点：

(1)结构中的柔性数组成员前面必须有至少一个其他成员。
(2)sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。
(3)包含柔性数组成员的结构用malloc ()函数进行内存的动态分配，并且分配的内存应该大于结构的大小，以适应柔性数组的预期大小。

5.1.2 code示例

#include <stdio.h>

int main()
{
	typedef struct st_type
	{
		int i;
		int a[0];//柔性数组成员
	}type_a;
	printf("%d\n", sizeof(type_a)); // 4
	return 0;
}
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5.2 柔性数组的使用

5.2.1 柔性数组成员a，获得了100个整型元素的连续空间

5.2.2 code示例

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 

#include <stdio.h>

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)); // 4
	int i = 0;
	type_a* p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a) + 100 * sizeof(int));
	//业务处理
	p->i = 100;
	for (i = 0; i < 100; i++) {
		p->a[i] = i;
	} // 这样柔性数组成员a，相当于获得了100个整型元素的连续空间。
	free(p);

	return 0;
}
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5.3 柔性数组的优势

5.3.1 优势

结构体的内存以及其成员要的内存一次性分配好了，并返回给用户一个结构体指针，用户做一次free就可以把所有的内存也给释放掉。