C之动态内存管理(动态内存开辟与调整等)

目录

1.为什么要有动态内存分配

2.malloc、calloc、realloc和free

malloc:

calloc:

realloc:

free:

3.常见的动态内存的错误

3.1:对NULL指针的解引用操作

3.2:对动态开辟空间的越界访问

3.3:对非动态开辟的内存使用free函数释放

3.4:使用free释放一块动态开辟内存的一部分

3.5:对同一块动态内存多次释放

3.6:动态开辟内存忘记释放(内存泄漏)

4.柔性数组

柔性数组的特点

柔性数组的优势

5.总结C/C++中程序内存区域划分


我们已经掌握的内存开辟方式有:

int a = 20; ——在栈空间上开辟四个字节

char arr[100] = {0}; ——在栈空间上开辟100个字节的连续空间

其他如“double x = 1.0”、“int arr[50] = {0}”等内存开辟方式本质上跟上面两种是相同的。

那么我们既然已经有了上述两种开辟内存的方式,为什么还要开辟动态内存呢?

这就引出了我们的下文:

1.为什么要有动态内存分配

上文中我们已经讲过了我们已经掌握的两种内存开辟方式,它们有两个特点:

  • 空间开辟大小是固定的
  • 数组在申明时必须指定数组长度,数组大小一旦确定了就不能调整

但是上面往往不能满足我们对于空间的需求,有时候我们需要申请的空间大小往往在运行时才能知道,那数组在编译时开辟空间的方式就无法满足我们的需求了。

因此C语言引入了动态内存开辟,让我们可以自己申请开辟、调整和释放空间。

2.malloc、calloc、realloc和free

:以下四个函数都需要包含头文件<stdlib.h>.

malloc:

C语言提供了一个动态开辟内存的函数:malloc

函数原型如下(malloc - C++ Reference (cplusplus.com)):

这个函数向内存申请了一块连续可用的空间,并返回指向这块空间的指针

如图:

  • 如果开辟成功,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 指针,因此malloc的返回值⼀定要做检查。
  • 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。

calloc:

C语言还提供了一个动态开辟内存的函数:calloc

函数原型如下(calloc - C++ Reference (cplusplus.com)):

  • 函数的作用是为num个大小为size的元素开辟一块空间,并把空间的每个字节都初始化为0
  • 与函数malloc的区别只在于calloc在返回地址之前会把每个字节都初始化为0

因此,我们可以将calloc当作malloc使用,特别是在申请的空间要求初始化时最好用calloc。

realloc:

realloc函数就是用来对动态开辟内存的大小进行调整的

函数原型如下(realloc - C++ Reference (cplusplus.com)):

  • ptr 是要调整的内存地址(即动态开辟内存后返回的地址)
  • size为调整之后的新大小(单位为字节)
  • 返回值为调整之后的内存起始位置
当我们开辟空间后,我们如果需要调整动态内存的大小,那么我们此时可以使用realloc。
当我们要让动态内存变小时,直接在原空间的基础上减小其占用的空间即可;
但是当动态内存要增大扩张时呢?——此时分为两种情况:
  1. 原有空间之后有⾜够⼤的空间
  2. 原有空间之后没有⾜够⼤的空间

如图:

free:

free函数就是用来对“动态内存”进行释放和回收的。

函数原型如下(free - C++ Reference (cplusplus.com)):

  • 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。

注意:free是对“动态”内存进行释放的,而且释放后我们需要将释放的指针置NULL以规避野指针。

3.常见的动态内存的错误

3.1:对NULL指针的解引用操作

如图:

3.2:对动态开辟空间的越界访问

如图:

当运行时程序会报错。

3.3:对非动态开辟的内存使用free函数释放

如图:

此时p指针的空间为固定的,并非动态开辟出的空间,因此不能用free释放,运行时程序会报错。

3.4:使用free释放一块动态开辟内存的一部分

如图:

一如既往的报错。

3.5:对同一块动态内存多次释放

3.6:动态开辟内存忘记释放(内存泄漏)

4.柔性数组

柔性数组概念比较小众,但它确实存在。

C99中,结构中的最后一个元素允许是未知大小的数组,这就叫柔性数组成员。

如图:

有些编译器不支持a[0]的写法,那么我们改成a[]也是可以的,如图:

柔性数组的特点
  • 结构中的柔性数组成员前⾯必须⾄少有⼀个其他成员。
  • 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。
例如:
柔性数组的优势

如图:

5.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:
  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。


创作不易,如果觉得作者写的勉强能入眼的话给个免费的三连吧亲😙

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