【C語言】動態(tài)內存分配

本期，我們將講解malloc、calloc、realloc以及free函數(shù)。

這是個動態(tài)內存分配函數(shù)的頭文件都是 <stdlib.h>。

c語言中動態(tài)分配內存的函數(shù)，可能有些初學c語言的人不免要問了：我們?yōu)槭裁匆ㄟ^函數(shù)來實現(xiàn)動態(tài)分配內存呢？

首先讓我們熟悉一下計算機的內存吧！在計算機的系統(tǒng)中大致有這四個內存區(qū)域：

1）棧：在棧里面儲存一些我們定義的局部變量以及形參（形式參數(shù)）；

2）字符常量區(qū)：主要是儲存一些字符常量，比如：char *p=”hello world”;其中”hello world”就儲存在字符常量區(qū)里面；

3）全局區(qū)：在全局區(qū)里儲存一些全局變量和靜態(tài)變量；

堆：堆主要是通過動態(tài)分配的儲存空間，也就是我們接下需要講的動態(tài)分配內存空間。

靜態(tài)內存和動態(tài)內存的比較：

• 靜態(tài)內存是有系統(tǒng)自動分配，由系統(tǒng)自動釋放。 靜態(tài)內存是在棧分配的。（例如：函數(shù)里的局部變量）
• 動態(tài)內存是由程序員手動分配，手動釋放。 動態(tài)內存是在堆分配的。（例如：用C語言寫鏈表時，需要自己對Node結點分配內存空間）

一、malloc 與free函數(shù)

void* **malloc( size_t ** size);

返回類型： void*，也就是說這個函數(shù)的可以返回所有類型的指針形式。只需要在開辟空間的時候進行強制類型轉換一下即可。

函數(shù)參數(shù)：size_t size, 這個參數(shù)就是告訴這個函數(shù)，你需要開辟多少個字節(jié)的內存空間。

void free(void* memblock) ；

沒有返回參數(shù)。

函數(shù)參數(shù)：void* memblock， free函數(shù)可以接收來自所有類型指針的 動態(tài)分配 的 內存空間。

一切以栗子來描述吧：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main()
{
    //開辟10個int類型的空間
    int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int)); //切記這里給的大小，是10  *  int（4個字節(jié)）
    int i = 0;
    if (arr == NULL)
    {
        perror("malloc"); //有可能，malloc開辟空間失敗，則malloc會返回NULL
        return 1;
    }
    
    for (i = 0; i < 10; i++)
        *(arr + i) = i; //放入數(shù)據(jù) 0 …… 9
    
    for (i = 0; i < 10; i++)
        printf("%d ",*(arr + i));
    
    //記得釋放所開辟的空間
    free(arr); 
    return 0;
}

二、calloc

void* calloc (size_t num， size_t** size );

返回類型：與malloc函數(shù)是一樣的，就不在多說了。

函數(shù)參數(shù)：size_t num, 需要開辟多少個元素的空間。

​ size_ size, 每一個元素，所占用的內存空間是多少個字節(jié)。

注：與函數(shù) malloc 的區(qū)別只在于 calloc 會在返回地址之前把申請的空間的每個字節(jié)初始化為全0。

栗子：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
    //還是申請10個int類型的內存空間
    int* arr = (int*)calloc(10, sizeof(int));
    if (arr == NULL)
    {
        perror("calloc"); //calloc開辟空間的話，會返回NULL
        return 1;
    }
    
    //不做賦值運算，直接輸出剛開辟的空間，看是否是已經初始化為0了
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++)
        printf("%d ",*(arr + i));
    
    //記得釋放空間
    free(arr);
    return 0;
}

三、realloc

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

作用： Reallocate memory blocks.（重新分配內存塊）

• memblock是需要調整的內存地址
• size調整之后新大小
• 返回值為調整之后的內存起始位置。
• 這個函數(shù)調整原內存空間大小的基礎_上,還會將原來內存中的數(shù)據(jù)移動到新的空間。
• realloc在調整內存空間的是存在兩種情況:

​ 情況1 :原有空間之后有足夠大的空間

​

假設我還想為“紅色框內的內存空間，擴大一倍，并且在這塊空間的后面，是有足夠的空間。所有realloc函數(shù)會在這緊挨這紅色框后面直接開辟空間。并且返回的還是紅色框的首元素地址。

情況2： 原有空間之后沒有足夠大的空間

此時，如果我還想為紅色框的內存空間進行擴大，此時紅色框后面緊挨著的空間已經被其他程序所占用了，此時想開辟空間的話，只能將現(xiàn)在這塊空間先釋放掉（realloc會自動釋放），再去其他大一點的地方進行開辟空間。

如圖：

注：realloc函數(shù)，有一個很值得注意的地方，看如下代碼：

int main()
{
    int* arr = (int*)malloc(5 * sizeof(int)); //先開辟5個int類型的空間
    if (arr == NULL)
        return 1;
    
    //此時，我覺得malloc開辟的空間小了，我想增加
    arr = (int*) realloc(arr, 10);
    
    free(arr);
    return 0;
}

大家覺得，這段代碼，有什么弊端？

分析：

在第8行，realloc函數(shù)，去調整arr的空間。他是先查看arr后面的內存空間是否夠用，如果不夠用的話，會去尋找其他大一點的地方去開辟空間。假設此時我的內存已經滿了，此時realloc返回的是NULL。

也就是說，我本來想增容，結果沒增成功，還把以前空間里的數(shù)據(jù)弄丟了。

所以在使用realloc函數(shù)時，先使用一個臨時變量進行保存一下，如果返回不是NULL，我們在把返回的內存地址賦值給arr即可。

如下：

int main()
{
    int* arr = (int*)malloc(5 * sizeof(int)); //先開辟5個int類型的空間
    if (arr == NULL)
        return 1;
    
    //此時，我覺得malloc開辟的空間小了，我想增加
    int* tmp = NULL;
    tmp = (int*) realloc(arr, 10);
    if (tmp != NULL)
        arr = tmp;
    
    free(arr);
    return 0;
}

四、常見的動態(tài)內存的錯誤

• 對NULL進行解引用操作

int main()
{
    int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    *arr = 10; //沒有對arr進行NULL的判斷
    free(arr);
    return 0;
}

• 對非動態(tài)內存分配的空間進行free釋放

int main()
{
    int a = 10;
    int* pa = &a;
    free(pa); //pa指針，并不是malloc等函數(shù)開辟的空間，不能使用free釋放，系統(tǒng)會自動回收的
    return 0;
}

• 使用free函數(shù)釋放一塊動態(tài)分配空間的一部分

int main()
{
    int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    if (arr == NULL)
        return 1;
    arr++; //此時，arr向后跳了4個字節(jié)
    free(arr); //現(xiàn)在再去釋放空間，最前面的4個字節(jié)的空間就沒有釋放到，會報錯
    return 0;
}

• 對同一塊內存空間進行多次釋放

int main()
{
    int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    if (arr == NULL)
        return 1;
    
    free(arr);
    free(arr); //重復釋放了
    return 0;
}

• 動態(tài)開辟的空間忘記釋放（內存泄漏）

int main()
{
    int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    if (arr == NULL)
        return 1;
    
    //沒有釋放空間，會造成內存泄漏
    //造成內存泄漏，有很多原因，例如，在調用其他函數(shù)時，想傳回到本函數(shù)，指針沒用正確，導致開辟的空間沒有傳回來等等
    return 0;
}

注： 動態(tài)開辟的內存空間，切記 一定要釋放。不然后果很嚴重的?。?！

本期更新就完啦！?。∥覀兿缕谝娎?/p>

main()
{
int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (arr == NULL)
return 1;

}

  //沒有釋放空間，會造成內存泄漏
  //造成內存泄漏，有很多原因，例如，在調用其他函數(shù)時，想傳回到本函數(shù)，指針沒用正確，導致開辟的空間沒有傳回來等等
  return 0;

注： 動態(tài)開辟的內存空間，切記 一定要釋放。不然后果很嚴重的！??！

本期更新就完啦?。。∥覀兿缕谝娎?/p>

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