欣赏动态之美，不如欣赏C语言实现动态内存管理之美 ！ ！ ！

本篇会加入个人的所谓‘鱼式疯言’
❤️❤️❤️鱼式疯言:❤️❤️❤️此疯言非彼疯言
而是理解过并总结出来通俗易懂的大白话,
我会尽可能的在每个概念后插入鱼式疯言,帮助大家理解的.
可能说的不是那么严谨.但小编初心是能让更多人能接受我们这个概念 ！！！
在这里插入图片描述

前言

在本篇文章中，小编将带大家领略动态内存管理的魅力💖💖💖

  1. 为什么要有动态内存分配
  2. malloc和free
  3. calloc和realloc
  4. 柔性数组
  5. 总结C/C++中程序内存区域划分
    话不多说，我们直接上菜吧 💕💕💕

一.为什么要有动态内存分配

我们已经掌握的内存开辟⽅式有

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

但是上述的开辟空间的⽅式有两个特点：
• 空间开辟⼤⼩是固定的。
• 数组在申明的时候，必须指定数组的⻓度，数组空间⼀旦确定了⼤⼩不能调整
但是对于空间的需求，不仅仅是上述的情况。有时候我们需要的空间⼤⼩在程序运⾏的时候才能知
道，那数组的编译时开辟空间的⽅式就不能满⾜了。
C语⾔引⼊了动态内存开辟，让程序员⾃⼰可以申请和释放空间，就⽐较灵活了。

二. malloc和free

2.1 malloc

C语⾔提供了⼀个函数叫 malloc
malloc 函数⽤来动态内存分配,是作为内存空间的 开垦机
原型如下：
在这里插入图片描述

2.1.1举个栗子

#include <stdlib.h>
#include<stdio.h>
int main()
{int* p = (int*)malloc(10*sizeof(int));if (p == NULL){perror("malloc");return 1;}int i = 0;//使用 - 给数组赋值for (i = 0; i < 10; i++){*(p + i) = i;}//打印for (i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", *(p + i));}//释放空间free(p);p = NULL;return 0;
}

在这里插入图片描述
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。

• 如果开辟成功，则返回⼀个指向开辟好空间的指针。

<1> 错误示例

#include <stdlib.h>
#include<stdio.h>
int main()
{int* p = (int*)malloc(1000000000000);if (p == NULL){perror("malloc");return 1;}int i = 0;//使用 - 给数组赋值for (i = 0; i < 10; i++){*(p + i) = i;}//打印for (i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", *(p + i));}return 0;
}

在这里插入图片描述
宝子们是不是很疑惑，这是怎么回事呢？🤔🤔🤔
那是因为 malloc 在开辟空间的时候是有可能开辟失败的

• 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。

其他情况：
• 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。
• 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。

2.2 free

在这里插入图片描述

2.2.1举个栗子

free 函数⽤来释放开辟的动态内存。
• 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。

#include <stdlib.h>
#include<stdio.h>
int main()
{int* p = (int*)malloc(10*sizeof(int));//开辟空间if (p == NULL){perror("malloc");return 1;}//释放空间free(p);p = NULL;return 0;
}

在这里插入图片描述
有空间的开辟就有空间的释放，有人问为什么要把 p 置为空指针NULL
小伙伴可以带着疑问继续往下看哦😊😊😊

三. calloc和realloc

3.1 calloc

C语⾔还提供了⼀个函数叫 calloc ， calloc 函数也⽤来动态内存分配。原型如下：
在这里插入图片描述
• 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。
• 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

3.1.1.举个栗子

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));if (NULL != p){int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", *(p + i));}}free(p);p = NULL;return 0;
}

在这里插入图片描述
所以我们就看出不区别啦

鱼式疯言

所以如果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。

以上这些都是固定的内存开辟， 还不足以灵活。
小编为什么会这样说呢！ ！ ！
是的，是的，我们还有超级秘密武器。
请友友向下看

3.2 realloc

• realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。
• 有时会我们发现过去申请的空间太⼩了，有时候我们⼜会觉得申请的空间过⼤了，那为了合理的时候内存，我们⼀定会对内存的⼤⼩做灵活的调整。
那 realloc 函数就可以做到对动态开辟内存⼤⼩的调整。

函数原型如下：
在这里插入图片描述

3.2.1.举个栗子

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{int* ptr = (int*)malloc(10*sizeof(int));if (ptr != NULL){for (int i = 0; i < 10; i++){*(ptr+i) = i;printf("%d", ptr[i]);}}else{perror("malloc");return 1;}//扩展容量//代码1 - 直接将realloc的返回值放到ptr中//ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//这样可以吗？(如果申请失败会如何？)//代码2 - 先将realloc函数的返回值放在p中，不为NULL，在放ptr中int* p = NULL;p = realloc(ptr, 15*sizeof(int));if (p != NULL){ptr = p;for (int i = 10; i < 15; i++){*(ptr + i) = i;}}printf("\n");for (int i = 0; i < 15; i++){printf("%d ", *(ptr + i));}//业务处理free(ptr);return 0;
}

在这里插入图片描述

这时我们小爱同学就有疑问了🤔🤔🤔
为什么realloc在内存中到底是怎么加长 或是 减短的呢？ ？ ？

答案见下图😍😍😍`

• ptr 是要调整的内存地址
• 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
。情况2：原有空间之后没有⾜够⼤的空间
在这里插入图片描述

鱼式疯言

上面的插图和代码充分说明了一点

我们不可以将 realloc 函数得到的变化后的空间直接放在我们需要的指针变量中

我们就有必要加上一个临变量来判断其是否为 NULL ！ ！ ！

3.3 realloc的特殊使用

有没有友友们想过，如果我往 realloc 传第一个参数，传的是NULL的空指针呢，那会怎么样呢🤔🤔🤔
不妨我们来试试吧

#include <stdlib.h>
#include<stdio.h>
int main()
{//int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));//等效于下面这个int* p = (int*)realloc(NULL,10*sizeof(int));//开辟空间if (p == NULL){perror("realloc");return 1;}for (int i = 0; i < 10; i++){*(p + i) = i;printf("%d ", *(p + i));}//释放空间free(p);p = NULL;return 0;}

在这里插入图片描述

四. 柔性数组

4.1 柔性数组的特点：

• 结构中的柔性数组成员前⾯必须⾄少⼀个其他成员。
• sizeof 返回的这种结构⼤⼩不包括柔性数组的内存。
• 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。

4.1.1.举个栗子

#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));//输出的是4return 0;
}

在这里插入图片描述

这个栗子充分说明了柔性数组不占内存

鱼式疯言

我理解的柔性数组

  1. 在结构体中
  1. 最后一个成员
  1. 未知大小的数组

4.2 柔性数组的使⽤

4.2.2.举个栗子

//柔性数组
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
struct MyStruct
{int a;char b;int arr[];
};
int main()
{struct MyStruct* p = (struct MyStruct*)malloc(sizeof(struct MyStruct)+10*sizeof(int));if (p == NULL){perror("malloc");return 1;}for (int i = 0; i < 10; i++){p->arr[i] = i;printf("%d ", p->arr[i]);}p->a = 10;p->b = 'd';printf("\n%d\n", p->a);printf("%c\n", p->b);struct MyStruct* art= (struct MyStruct*)realloc(p,sizeof(struct MyStruct) + 20 * sizeof(int));if (art!=NULL){p = art;for (int i = 10; i < 15; i++){p->arr[i] = i;}}for (int i = 0; i < 15; i++){printf("%d ", p->arr[i]);}free(p);p = NULL;return 0;
}

在这里插入图片描述
这样柔性数组成员 arr，相当于获得了 15 个整型元素的连续空间。

4.3 柔性数组的优势

4.3.1举两个栗子

<1>
#include<stdio.h>
struct St
{char c;int n;int arr[0];//柔性数组//[]里面可以放随机数字，也可放置为空
};
int main()
{//struct St s = {0};//printf("%d\n", sizeof(struct St));struct St* ps = (struct St*)malloc(sizeof(struct St) + 10 * sizeof(int));if (ps == NULL){perror("malloc");return 1;}ps->c = 'w';ps->n = 100;int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){ps->arr[i] = i;}//数组空间不够struct St* ptr = realloc(ps, sizeof(struct St) + 15 * sizeof(int));if (ptr != NULL){ps = ptr;}else{perror("realloc");return 1;}//...继续使用for (i = 10; i < 15; i++){ps->arr[i] = i;}for (i = 0; i < 15; i++){printf("%d ", ps->arr[i]);}printf("\n%d\n", ps->n);printf("%c\n", ps->c);//释放free(ps);ps = NULL;return 0;
}

在这里插入图片描述

<2>
struct St
{char c;int n;int* arr;
};int main()
{//struct St s = {0};//printf("%d\n", sizeof(struct St));struct St* ps = (struct St*)malloc(sizeof(struct St));if (ps == NULL){perror("malloc");return 1;}ps->c = 'w';ps->n = 100;ps->arr = (int*)malloc(10*sizeof(int));if (ps->arr == NULL){perror("malloc-2");return 1;}//使用int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){ps->arr[i] = i;}//数组空间不够int* ptr = (int*)realloc(ps->arr, 15*sizeof(int));if (ptr == NULL){perror("realloc");return 1;}else{ps->arr = ptr;}//使用for (i = 10; i < 15; i++){ps->arr[i] = i;}for (i = 0; i < 15; i++){printf("%d ", ps->arr[i]);}printf("\n%d\n", ps->n);printf("%c\n", ps->c);//释放free(ps->arr);ps->arr = NULL;free(ps);ps = NULL;return 0;
}

在这里插入图片描述

上述 <1> 和 <2> 可以完成同样的功能，
但是 ⽅法1 的实现有两个好处：

第⼀个好处是：⽅便内存释放

如果我们的代码是在⼀个给别⼈⽤的函数中，
你在⾥⾯做了⼆次内存分配，并把整个结构体返回给⽤⼾。
⽤⼾调⽤free可以释放结构体，
但是⽤⼾并不知道这个结构体内的成员也需要free，所以你不能指望⽤⼾来发现这个事。所以，如果我们把结构体的内存以及其成员要的内存⼀次性分配好了.
并返回给⽤⼾⼀个结构体指针，⽤⼾做⼀次free就可以把所有的内存也给释放掉。

第⼆个好处是：这样有利于访问速度.

连续的内存有益于提⾼访问速度，也有益于减少内存碎⽚。
（其实，我个⼈觉得也没多⾼了，
反正你跑不了要⽤做偏移量的加法来寻址）

鱼式疯言

柔性数组的优势就不言而喻了吧，但最最must一点是什么？？？
小伙伴们知道么😊😊😊
当然是 释放内存 和 指针置空（NULL） 咯！ ！ ！

第一：

我们要明确一点 malloc / calloc / realloc 申请的空间都是在内存堆区（下面有讲解）申请的

第二：在 堆区 申请的空间如果不主动释放，出了作用域是不会销毁的。

第三：

释放的方式：

1.free 主动释放

2.直到程序结束，才由 操作系统 回放

第四：

我们free释放的该指针指向的空间，而不是该该指针变量本身的地址

故我们需要将该指针也得置为空（NULL）

五. 总结C/C++中程序内存区域划分

C/C++程序内存分配的⼏个区域：

  • 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。
  • 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。
  • 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。
  • 代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的⼆进制代码。
    在这里插入图片描述

总结

在本篇文章中
小编主要带着宝子们学习了哪些呢，让我们梳理梳理吧💖💖💖

  • 为什么要有动态内存分配，它的意义和作用体现在何处？
  • malloc 和 free 这两个一头一尾是怎么样唱双簧的？
  • calloc 和 realloc 具体然后使用和以及他们的特殊性
  • 柔性数组的特点以及他所自带的独特的优势
  • 总结C/C++中程序内存区域是怎么样子划分的，他们分别存着哪些类型的数据
    💖💖💖本次博文就到这里了,感觉各位小伙伴的赏脸品读小编写的拙作哦,

如果觉得小编写的还不错的咱可支持三关下,不妥当的咱评论区指正

希望我的文章能给各位家人们带来哪怕一点点的收获就是小编创作的最大动力💖💖💖
在这里插入图片描述

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