动态内存管理_动态内存管理技术

为什么存在动态内存分配

int val = 20;/在栈空间上开辟四个字节
char arr[10] = {0};//在栈空间上开辟10个字节的连续空间

上述的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。
   注：但对于空间的需求往往是更加多变的，所以需要引入动态内存开辟。

动态内存函数的介绍

malloc

malloc和free

void* malloc (size_t size);

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。
1.如果开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针。
2.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。
3.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。
4.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。
C语言提供了另外一个函数free，专门是用来做动态内存的释放和回收的，函数原型如下：

free

void free (void* ptr);

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。
如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做。
例子：

#include <stdio.h>
int main()
{
 //代码1
 int num = 0;
 scanf("%d", &num);
 int arr[num] = {0};
 //代码2
 int* ptr = NULL;
 ptr = (int*)malloc(num*sizeof(int));
 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;//
 return 0; }
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calloc

void* calloc (size_t num, size_t size);

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

int main()
{
 int *p = calloc(10, sizeof(int));
 if(NULL != p)
 {
 //使用空间

 }
 free(p);
 p = NULL;
 return 0; }
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注：所以如何我们对申请的内存空间的内容要求初始化，那么可以很方便的使用calloc函数来完成任务。

realloc

有时候我们会发现申请的空间可能大了，也可能小了，realloc就可以对已经动态内存开辟的空间进行调整。

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

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。

realloc在调整内存中有两种情况：
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

情况1 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 当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。 由于上述的两种情况，realloc函数的使用就要注意一些。
举个例子：

#include <stdio.h>
int main()
{
 int *ptr = malloc(100);
 if(ptr != NULL)
 {
     //业务处理
 }
 else
 {
     exit(EXIT_FAILURE);    
 }
 //扩展容量
 //代码1
 ptr = realloc(ptr, 1000);//(如果申请失败会引起中断)
 
 //代码2
 int*p = NULL;
 p = realloc(ptr, 1000);
 if(p != NULL)
 {
 ptr = p;
 }
 //业务处理
 free(ptr);//不会引起中断，更安全
 return 0; }
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常见的动态内存错误

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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2.对动态开辟空间的越界访问

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;//当i是10的时候越界访问
 }
 free(p);
}
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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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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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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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6.动态开辟内存忘记释放（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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例题

题目1：

void GetMemory(char *p) {
 p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void) {
 char *str = NULL;
 GetMemory(str);
 strcpy(str, "hello world");
 printf(str);
}

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//给形参开辟动态内存空间不会给实参开辟

//解决方案
void GetMemory(char **p) {
*p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void) {
 char *str = NULL;
GetMemory(&str);
 strcpy(str, "hello world");
 printf(str);
}
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题目2：

char *GetMemory(void) {
 char p[] = "hello world";
 return p; 
 }
void Test(void) {
 char *str = NULL;
 str = GetMemory();
 printf(str);//printf函数调用出错
}
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题目3：

void GetMemory(char **p, int num) {
 *p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void) {
 char *str = NULL;
 GetMemory(&str, 100);
 strcpy(str, "hello");
 printf(str);
}
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//形成栈帧，覆盖"“hello world”
题目4：

void Test(void) {
 char *str = (char *) malloc(100);
 strcpy(str, "hello");
 free(str);
 if(str != NULL)
 {
 strcpy(str, "world");
 printf(str);
 }
}
//free已经释放，不能再次修改
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C/C++程序内存开辟

柔性数组

结构体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];//柔性数组成员或者 int a[]
}type_a;
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柔性数组的特点：

1.结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。
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。
例如：

//code1
typedef struct st_type
{
 int i;
 int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
printf("%d\n", sizeof(type_a));//输出的是4

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柔性数组的使用：

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; }
free(p);

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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。