动态内存管理（C语言）_perror打印malloc错误

目录

为什么要存在动态内存分配

动态内存函数的介绍

malloc函数

free函数

calloc函数

realloc函数

常见的动态内存错误

对NULL指针解引用错误

对动态开辟的空间越界访问

对非动态开辟内存使用free释放

使用free释放一块动态开辟内存的一部分

对同一块动态内存多次释放

动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

几个经典的笔试题

题目一：

题目二

题目三

题目四

C程序的内存开辟

C/C++程序内存分配的几个区域： 

C/C++程序内存分配的几个区域： 看图理解：

---

为什么要存在动态内存分配

我们所熟知的开辟空间的方式，就是声明变量的时候开辟空间

例如： int a=10;(在栈区上开辟四个字节的空间),

char arr[10]={0};（在栈区上开辟连续的10个字节的空间）

上述两种开辟空间的方式有两个特点：

1、开辟空间的大小是固定的，

2、数组的大小是固定的，它所需要的内存在编译的时候分配！

但我们在正真编写程序的时候对空间的需求不单单是上述的请况，有时候我们需要的空间的大小在运行的时候才能知道，那数组在编译时开辟空间的大小就不能满足我们的需求了！此时我们就需要用到动态内存开辟了，动态内存开辟是在堆区上申请空间！

 那我们该如何动态申请空间呢？在C语言中专门设计了动态内存分配的函数，我们要学会动态内存开辟，就要掌握动态内存开辟函数！

动态内存函数的介绍

malloc函数

C语言提供了动态内存开辟的函数：malloc

函数原型：void* malloc (size_t size);

函数参数：size_t size

        size_t表示无符号整型，size表示一个无符号整数

        表示要开辟空间的大小单位是字节

返回值：void*

        返回任意类型的指针

        返回开辟好空间的地址

函数作用：

        这个函数向内存申请一块连续可用的空间，并返回指向这片空间的指针，其中参数size表示要开辟空间的大小单位是字节数，返回类型是void*,表示可以是任意类型的指针，所以malloc函数并不自己决定开辟空间的类型，具体类型在使用的时候由使用者自己来决定。如果空间开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针。如果开辟失败，则返回一个NULL，因此malloc函数的返回值一定要做检查，看是否开辟成功，在malloc函数中 如果四size的值为0，malloc的行为标准是未定义的，取决于编译器，但其实如果size为0是一种无意义的行为！

函数的应用看代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>//动态内存开辟函数头文件
int main()
{
	//在堆区申请100个连续的整型空间，让指针p指向这片空间
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 100);
 
	if (p == NULL)//如果空间开辟不成功
	{
		perror(malloc);//打印错误信息
		return 1;
	}
 
	//开辟成功开始使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 100; i++)
	{
		p[i] = i+1;
	}
	//打印
	for (i = 0; i < 100; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
	return 0;
}

既然我们主动向操作系统申请了空间，那么我们该如何将这些空间还给操作系统，虽然程序运行结素的时候空间会被自动释放，但是总有一些大型程序，是不会主动停止运行的，或者说它的运行时间会很久，所以当我们用malloc申请空间之后，若没有释放（也就是没有将空间还给操作系统），那么此时可能会存在内存泄漏问题，为了避免内存泄漏，所以我们申请内存之后，要主动将内存还回去（释放），那我们该怎么释放自己申请的内存空间呢？在C语言中给我们提供了一个函数，用来释放空间，该函数就是 free！

free函数

C语言提供的free这个函数是专门用来做动态内存的释放和回收的

函数原型：void free (void* ptr);

函数参数：void* ptr

        参数ptr是一个任意类型的指针

返回值：void

        无返回值

函数作用：

        free函数是用来释放动态开辟好的内存空间的，如果参数ptr是指向动态开辟内存的指针则将ptr指向的空间还给操作系统，若参数ptr为NULL ，则函数什么都不做，如果ptr指向的空间不是动态开辟的，则free函数的行为是未定义的！free函数也在头文件stdlib.h中声明！

函数应用看代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	//用malloc 函数申请20字节的内存空间
	char* ptr = (char*)malloc(sizeof(char) * 20);
	//判断是否开辟成功
	if (ptr == NULL)
	{
		//打印错误信息
		perror(ptr);
	}
	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 20; i++)
	{
		ptr[i] = 'a' + i;
	}
 
	//打印
	for (i = 0; i < 20; i++)
	{
		printf("%c ", ptr[i]);
	}
 
	free(ptr);//释放空间
	ptr = NULL;//将指针置为NULL 避免野指针
 
	return 0;
}

calloc函数

calloc函数也是C语言提供的动态内存分配的函数

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

函数参数：size_t num, size_t size

        第一个参数num是一个无符号整型

        表示元素个数

        第二个参数size也是无符号整型

        表示要一个元素的大小单位是字节

返回值：void*

        返回值是一个任意类型的指针

        返回开辟好的空间的地址

函数作用：

       函数是在堆区申请内存的，函数的参数是要开辟空间的元素个数跟每一个元素的大小单位是字节，并把空间的每个字节的内容初始化为0，如果开辟成功则返回这片连续空间的起始地址，如果开辟失败则返回NULL，与malloc函数相比calloc函数会在返回地址之前把申请的每个字节都初始化为0，所以我们有将空间初始化的要求，可以选择calloc函数开辟空间！

函数应用看代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int* ptr = (int*)calloc(20, sizeof(int));
 
	//判断是否开辟成功
	if (ptr == NULL)
	{
		perror(calloc);//打印错误信息
		return 1;//开辟失败直接让main函数返回
	}
 
	//calloc会将每个字节的内容都初始化为0
	printf("calloc自动初始化为0: ");
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 20; i++)
	{
		printf("%d ", ptr[i]);
	}
	printf("\n");
 
	//给ptr指向的空间赋值
	for (i = 0; i < 20; i++)
	{
		ptr[i] = i + 1;
	}
	
	//打印
	for (i = 0; i < 20; i++)
	{
		printf("%d ", ptr[i]);
	}
 
	free(ptr);//动态开辟的空间都要进行释放，避免内存泄漏
	ptr = NULL;//将指针初始化
 
	return 0;
}

realloc函数

在有些情况下我们使用动态开辟好内存后，有时候一开始所开辟的空间不够用，或者有时候开辟的空间太大了，为了合理的内存分配，对开辟好的内存大小做灵活调整，C语言给我们提供了一个可以调整开辟好的空间的大小的函数它就是 ：realloc函数，realloc函数可以做到对动态开辟内存大小的调整，relloc函数的出现让动态内存管理更加灵活！接下来我们就好好了解一下realloc函数：

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

函数参数：void* ptr, size_t size

        第一个参数是任意类型的指针

        表示指向需要调整的空间的指针

        第二个参数是一个无符号整型数

        表示调整后新空间的大小单位是字节        

返回值：void*

        任意类型的指针

        表示调整好以后新空间的地址

函数作用：

        函数的第一个参数是指向需要调整的动态空间的指针，第二个参数是调整之后空间的大小单位是字节，返回的是调整好之后空间的地址，调整失败则返回NULL!

realloc函数在调整空间的时候会有两种情况：

情况1：当需要调整的空间之后有足够大的空间，当有足够大的空间是在原来的开辟的空间后面直接追加，返回的还是原来空间的起始地址！

情况2：当需要调整的空间之后没有足够大的空间，当没有足够大的空间的时候，malloc函数会在堆区重新找一块合适大小的空间来开辟，而在开辟好之后会将原空间里的内容拷贝的新空间中，并将原空间释放掉，返回的是新空间的起始地址！

函数应用看代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	//开辟10个整型空间让ptr指向
	int* ptr = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
	if (ptr == NULL)
	{
		perror(malloc);
		return 1;
	}
	
	//使用空间
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		ptr[i] = i + 1;
	}
 
	//当空间不够用我们进行调整
	int* p = (int*)realloc(ptr, sizeof(int) * 20);
	//使用空间
	for (i = 10; i < 20; i++)
	{
		p[i] = i + 1;
	}
	//打印
	for (i = 0; i < 20; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
 
	free(p);//将开辟的空间主动释放掉！
	p = NULL;
	ptr = NULL;
 
	return 0;
}

relloc函数注意事项：

当调整之后尽量用新的指针来接收这片空间的首地址，尽量避免用指向用旧空间的指针来接收，假设realloc函数调整空间失败的时候我们依旧用旧空间的指针来接收的话，会将指向旧空间的指针置为NULL，导致无法再访问到旧空间，旧空间也没办法人为释放，所以会出现问题，为了规避这种问题，我们尽量用新指针来接收空间的地址，比较保守与安全！

具体看代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    //开辟空间
    int* ptr = (int*)malloc(100);
    //判断是否开辟成功
    if (ptr != NULL)
    {
        //业务处理
    }
    else
    {
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
 
    //扩展空间容量
    //代码1，具有风险，万一调整失败会将指向原空间的指针置为NULL
   // ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//调整失败会出问题
 
    //代码2推荐使用用新指针来接收，即使开辟失败也不影响原空间的访问！
    int* p = NULL;
    p = realloc(ptr, 1000);
    if (p != NULL)
    {
        ptr = p;
    }
    //业务处理
    free(ptr);
    ptr = NULL;
    p = NULL;
 
    return 0;
}

常见的动态内存错误

对NULL指针解引用错误

对NULL进行解引用操作是非法的！

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
//次操作是非法的！
//int main()
//{
//	int* p = NULL;
//	*p = 20;
//	return 0;
//}
 
void test(void)
{
	int* p = (int*)malloc(INT_MAX / 4);
	*p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
	free(p);
	p = NULL;
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

对动态开辟的空间越界访问

不能对空间进行越界访问，程序会出错，是非法的操作！

如下代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	//开辟空间
	int* ptr = (int*)calloc(10,sizeof(int));
	//判断是否开辟成功
	if (ptr == NULL)
	{
		perror(calloc);
		return 1;
	}
 
	//使用
	//对开辟的空间进行越界访问
	//程序会崩溃，越界访问是非法的！
	//int i = 0;
	//for (i = 0; i <= 10; i++)
	//{
	//	ptr[i] = i + 1;
	//}
 
	//正常使用,无越界访问
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		ptr[i] = i + 1;
	}
	//打印
	for (i = 0; i <= 10; i++)
	{
		printf("%d ", ptr[i]);
	}
 
	free(ptr);//释放空间
	ptr = NULL;//指针置为NULL
 
	return 0;
}

对非动态开辟内存使用free释放

动态开辟的空间是在堆区上开辟的，而非动态的空间是在栈区开辟的，free是用来释放动态开辟的空间的，所以不能用free释放栈区的空间，是非法的！

如下代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 10;
	int* p = &a;
	//是不允许的非法的！
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

使用free释放一块动态开辟内存的一部分

用free释放必须从起始位置开始释放这一块空间的全部，不能只释放一半空间或者只释放一部分是不允许的，非法的！

具体看代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	//开辟空间
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	
	//判断是否开辟成功
	if (p == NULL)
	{
		perror(calloc);
		return 1;
	}
 
	p += 2;//改变p的指向
	//不能只释放一部分，得全部释放！
	free(p);
	p = NULL;
 
	return 0;
}

对同一块动态内存多次释放

不能对同一块申请的空间进行重复释放，第一次已经释放掉了，再释放这片空间已经不存在了，再次释放就是非法的！

具体看代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int main()
{
	//开辟空间
	char* ptr = (char*)malloc(20 * sizeof(char));
	//判断是否开辟成功
	if (ptr == NULL)
	{
		perror(ptr);
		return 1;
	}
 
	//进行释放
	free(ptr);
 
	//free(ptr);//重复释放是非法的
	return 0;
}

动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

当我们开辟好一片空间后，将这块空间忘记释放，会导致内存泄漏，此时风险非常大，假设我们开辟了一块很大的空间，用完之后忘记释放，程序不停止的话，会占用大部分空间，会影响程序的效率！切记动态开辟的内存一定要释放，并且要真确释放，

具体看代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void test()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	if (NULL != p)
	{
		*p = 20;
	}
	//忘记释放p
	//函数调用完之后p会被自动销毁
	//此时再也找不到开辟好的空间了
	//也没法将他释放，非常危险
}
int main()
{
	test();
	//while (1);
}

几个经典的笔试题

题目一：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
void GetMemory(char* p)
{
	//开辟空间
	p = (char*)malloc(100);
	//函数结束的时候p被销毁
	//但空间没有释放存在内存泄漏问题
}
 
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(str);//函数传过去的是NULL，改变形参不会影响实参！
	//str是NULL指针，不能给NULL指针拷贝内容
	strcpy(str, "hello world");//err
	printf(str);
}
 
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

解析：

GetMemory函数传过去的是str的内容也就是NULL，用p接收此时的p为NULL，再开辟空间让p指向，最后函数结束的时候p会被销毁，而开辟的空间没有被释放，存在内存泄漏为题，此时str里面还是NULL，给NULL拷贝字符串是不可行的，是错误的！

题目二

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
char* GetMemory(void)
{
	//在栈区开辟一块空间里面存放的是 hello world \0
	char p[] = "hello world";
	return p;//返回数组名，数组名是首元素地址，就是h的地址
	//函数在返回之后函数栈帧会被销毁，p会被销毁
	//销毁之后p指向的内容可能会被修改
}
 
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	str = GetMemory();
	printf(str);//打印出来会是烫烫.....
}
 
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

解析：

Get Memory函数在返回的时候返回的是h的地址，但返回之后函数栈帧会被销毁，在p指向的空间里放的是什么东西我们也不清楚，所以打印出来是一堆乱码！

题目三

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void GetMemory(char** p, int num)
{
	//动态开辟空间
	*p = (char*)malloc(num);
}
 
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(&str, 100);
	//str里面存放的是动态开辟空间的地址
	strcpy(str, "hello");//拷贝成功
	printf(str);//打印结果是hello
 
	//应该加个free比较好一点，释放空间是一个好习惯
}
 
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

解析：

给Get Memory函数传过去的是str指针变量的地址，改变形参会影响实参，*p其实取到的就是str开辟一块动态空间，让str指向，此时在strcpy，一个字符串hello拷贝到str指向的空间中，拷贝是没有任何问题的，打印结果也是hello，但这里有一个错误，动态开辟的空间没有释放，应该加一个free释放str,并将str置为NULL，避免野指针！

题目四

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void Test(void)
{
	char* str = (char*)malloc(100);
	strcpy(str, "hello");
	free(str);//str指向的空间已经被释放了
	//虽然空间被释放了，但str还是指向那片空间的起始地址，是一个野指针
 
	//更好的改进方法就是在这个位置规避一下野指针，将str置为NULL
	//str=NULL;
	if (str != NULL)
	{
		//强行将world字符串拷贝到str指向的空间中
		strcpy(str, "world");
		printf(str);//world
	}
}
 
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

解析：

在test函数中str指向的空间已经被释放了，虽然空间被释放了，但str里面存放的还是那片空间的起始地址，str是一个野指针，它不为NULL，再用strcpy强行将world字符串拷贝过去，再用printf打印碰到'\0'结束就能打印出world，但这样操作是不合适的，最合适的方法就是释放完空间后将str置为NULL！

C程序的内存开辟

C/C++程序内存分配的几个区域： 

1. 栈区（stack）：在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结 束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是 分配的内存容量有限。 栈区主要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。

2. 堆区（heap）：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（操作系统）回收 。分配方式类似于链表。

3. 数据段（静态区）（static）存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。

4. 代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码

C/C++程序内存分配的几个区域： 看图理解：

由图可知：实际上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。 但是被static修饰的变量存放在数据段（静态区），数据段的特点是在上面创建的变量，直到程序 结束才销毁 所以生命周期变长。