前言：為什么存在動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配？

我們已經(jīng)掌握的內(nèi)存開(kāi)辟方式如下

int a=10;//在?？臻g上開(kāi)辟4字節(jié)
char arr[10]={0};//在?？臻g上開(kāi)辟10字節(jié)連續(xù)空間

以上開(kāi)辟空間的方法有兩個(gè)缺點(diǎn)：
1.空間開(kāi)辟的大小是固定的。
2.數(shù)組在聲明的時(shí)候，必須指定數(shù)組長(zhǎng)度，它所需要的內(nèi)存在編譯時(shí)進(jìn)行分配。
但是對(duì)于空間的需求，不僅僅是上述的情況。有時(shí)我們需要的空間大小在程序運(yùn)行時(shí)才能知道，這時(shí)上述的方法就不能滿足需要了，我們來(lái)介紹一種解決方案：動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配

一、動(dòng)態(tài)內(nèi)存函數(shù)

（圖片來(lái)自比特就業(yè)課）

計(jì)算機(jī)在使用時(shí)會(huì)有三個(gè)區(qū)：常見(jiàn)的有棧區(qū)——用來(lái)存放局部變量、函數(shù)形式參數(shù)；靜態(tài)區(qū)——用來(lái)存放靜態(tài)區(qū)和全局變量；最后一個(gè)堆區(qū)則是我們用來(lái)動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的，學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配必須掌握以下4種函數(shù)：

1.malloc和free函數(shù)

malloc函數(shù)聲明：

void*malloc(size_t size);//size_t即unsigned int

該函數(shù)向內(nèi)存申請(qǐng)一塊連續(xù)可用的空間，并返回指向這塊空間的指針。注意點(diǎn)如下：
1.如果開(kāi)辟成功，返回一個(gè)指向開(kāi)辟空間的指針
2.如果開(kāi)辟失敗，返回一個(gè)NULL指針
（由于是NULL指針，所以對(duì)于malloc函數(shù)常用assert進(jìn)行檢查）
3.返回值類(lèi)型為void*,所以malloc函數(shù)開(kāi)辟空間的類(lèi)型需要使用者自己進(jìn)行決定
4.如果size=0，malloc的行為取決具體編譯器

free函數(shù)聲明

void free(void*ptr);

free函數(shù)用來(lái)釋放動(dòng)態(tài)開(kāi)辟的空間，注意點(diǎn)如下：
1.如果參數(shù)ptr指向的空間不是動(dòng)態(tài)開(kāi)辟的，那free函數(shù)的行為是未知的
2.如果ptr是空指針，free函數(shù)什么也不做
實(shí)戰(zhàn)舉例：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>//malloc和free函數(shù)頭文件
int main()
{
	int*p=(int*)malloc(40);//malloc出來(lái)的空間是不確定類(lèi)型的，需要你自己強(qiáng)轉(zhuǎn)一個(gè)類(lèi)型
	//這里我們把它轉(zhuǎn)換成int*,由整型指針對(duì)這塊空間進(jìn)行維護(hù)
	//那這里會(huì)是4個(gè)字節(jié)看成一個(gè)元素,40個(gè)字節(jié)，可填充10個(gè)int元素
	if (p == NULL)
	{
		return -1;
	}//如果沒(méi)有返回值則說(shuō)明開(kāi)辟成功
	int i = 0;
	for (i = 0;i < 10;i++)
	{
		*(p + i)=i;//對(duì)開(kāi)辟空間進(jìn)行賦值操作
	}
	free(p);//用完之后不需要了，用free函數(shù)釋放p所指向的空間（40個(gè)字節(jié)全部釋放掉，還給操作系統(tǒng)）
	p = NULL;//由于p存儲(chǔ)的是開(kāi)辟空間的地址，即使空間還給了操作形態(tài)，但p還是可以找到這塊空間，這是非常危險(xiǎn)的，所以我們用一個(gè)空指針賦給p
	return 0;
}

2.calloc函數(shù)

calloc函數(shù)也是用來(lái)動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的，函數(shù)聲明如下

void*calloc(size_t num,size_t size)

該函數(shù)功能是為num個(gè)大小為size的元素開(kāi)辟一塊空間，并且把空間的每個(gè)字節(jié)都初始化為0
它與malloc函數(shù)的區(qū)別只是在返回地址前會(huì)把申請(qǐng)空間里的每個(gè)字節(jié)都初始化為0

代碼如下（示例）：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>//calloc函數(shù)頭文件
#include<string.h>//strerror函數(shù)頭文件
#include<errno.h>//errno頭文件
int main()
{
	int*p = (int*)calloc(10, sizeof(int));//開(kāi)辟10個(gè)大小為int型的空間
	if (p == NULL)//calloc函數(shù)也有可能開(kāi)辟空間失敗，需要進(jìn)行檢驗(yàn)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));//errno是錯(cuò)誤碼，strerror會(huì)把錯(cuò)誤碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的錯(cuò)誤信息
		return -1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0;i < 10;i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));//會(huì)打印10個(gè)0（calloc會(huì)自己初始化為0）
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

3.realloc函數(shù)

realloc函數(shù)是在已有空間不夠的情況下，進(jìn)行追加申請(qǐng)空間的函數(shù)，其聲明如下：

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

realloc函數(shù)是為了讓動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理更加靈活，有時(shí)候我們發(fā)現(xiàn)之前申請(qǐng)的空間過(guò)少了，或者過(guò)大了，我們可以用realloc函數(shù)來(lái)進(jìn)行增減，它的注意點(diǎn)如下：
1.ptr是要調(diào)整的內(nèi)存地址
2.size是調(diào)整之后新的大小
3.返回值是調(diào)整后的內(nèi)存起始位置
4.該函數(shù)在調(diào)整原先內(nèi)存大小的基礎(chǔ)上，還會(huì)將原來(lái)內(nèi)存的數(shù)據(jù)復(fù)制到新空間
5.realloc函數(shù)在調(diào)整內(nèi)存空間存在兩種情況
關(guān)于4和5解釋如下：
假設(shè)我們現(xiàn)在追加1倍空間

第一種：如上圖，紅色是我們開(kāi)辟的空間，藍(lán)色是其他程序正在使用的空間，又因?yàn)槲覀円_(kāi)辟空間肯定是物理上連續(xù)的，我們又不能使用藍(lán)色部分，中間的空白空間又完全不夠原先空間的兩倍，那怎么辦？

我們會(huì)另外找一塊足夠空間的地方進(jìn)行原空間兩倍的開(kāi)辟，并且把原空間內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制到新空間，函數(shù)返回新空間的地址。

第二種：這種就比較簡(jiǎn)單了，原先空間后面就足夠追加開(kāi)辟一塊1倍的空間，我們直接進(jìn)行開(kāi)辟即可。

函數(shù)直接會(huì)返回原先空間的首地址。
當(dāng)然了，realloc函數(shù)同malloc和calloc函數(shù)一樣，也有可能開(kāi)辟空間失敗，所以依然需要檢驗(yàn)是否返回的是空指針

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>//malloc和free函數(shù)頭文件
int main()
{
	int*p=(int*)malloc(40);//開(kāi)辟10個(gè)int大小的空間
	int i = 0;
	for (i = 0;i < 10;i++)
	{
		*(p + i)=i;//對(duì)開(kāi)辟空間進(jìn)行賦值操作
	}
	int*ptr = realloc(p, 20 * sizeof(int));//注意！這里20*sizeof（int）是新的大小
	//比如我現(xiàn)在只有10個(gè)，我需要20個(gè)，差10個(gè)。但這里不是寫(xiě)10，而是寫(xiě)新的大小20
	if (ptr != NULL)
	{
		p = ptr;
	}
	for (i = 10;i < 20;i++)//對(duì)新開(kāi)辟空間賦值
	{
		*(p + i) = i;
	}
	for (i = 0;i < 20;i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));//打印0-19
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

二、常見(jiàn)錯(cuò)誤

1.對(duì)NULL指針解引用

代碼如下（示例）：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	int*p = (int*)malloc(20);
	*p = 0;//對(duì)p這個(gè)地址解引用并賦值為0
	free(p);
	return 0;
}

malloc等等函數(shù)在開(kāi)辟空間時(shí)都是有可能開(kāi)辟失敗的，萬(wàn)一失敗，就是返回空指針，你直接對(duì)空指針解引用并賦值肯定是有問(wèn)題的

所以我們這里還是要進(jìn)行指針檢驗(yàn)
代碼如下（示例）：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	int*p = (int*)malloc(20);
	if(p==NULL)
	{
	return -1;
	//如果返回，開(kāi)辟失敗結(jié)束程序，如果沒(méi)有返回則可進(jìn)行下面的操作
	}
	*p = 0;//對(duì)p這個(gè)地址解引用并賦值為0
	free(p);
	return 0;
}

2.對(duì)動(dòng)態(tài)開(kāi)辟空間的越界訪問(wèn)

代碼如下（示例）：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	int*p = (int*)malloc(200);//200個(gè)字節(jié)也就是50個(gè)int型
	if (p == NULL)
	{
		return -1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0;i < 60;i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

這個(gè)代碼乍一看上去沒(méi)有問(wèn)題，但是仔細(xì)看的話就會(huì)發(fā)現(xiàn)端倪，malloc開(kāi)辟200字節(jié)空間也就是50個(gè)int型，你for循環(huán)賦值最多循環(huán)次數(shù)也只能是50次啊，你循環(huán)60次肯定是越界訪問(wèn)了，這里也是妥妥的會(huì)報(bào)錯(cuò)。

3.對(duì)非動(dòng)態(tài)開(kāi)辟使用free函數(shù)

代碼如下（示例）：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	int a = 10;
	int*p = &a;
	free(p);
	p = NULL;
}

我們這里int創(chuàng)建了a，然后把a(bǔ)的地址賦給了int*類(lèi)型的p，再然后free掉p。這種操作也是鐵定會(huì)報(bào)錯(cuò)的，p這個(gè)局部變量是在棧上的，而free函數(shù)針對(duì)的是堆區(qū)

4.使用free釋放一塊動(dòng)態(tài)內(nèi)存開(kāi)辟內(nèi)存的一部分

代碼如下（示例）：

//使用free釋放一塊動(dòng)態(tài)內(nèi)存開(kāi)辟內(nèi)存的一部分
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	int*p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		return -1;
	}
	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0;i < 5;i++)
	{
		*p++ = i;
	}
	//釋放
	free(p);
	p = NULL;
}

這里的代碼有什么問(wèn)題呢？我們畫(huà)一個(gè)圖就一目了然了

一開(kāi)始p在上圖位置，然而隨著for循環(huán)，p++這個(gè)操作，p指向的位置不斷往后，一直到下圖位置

這時(shí)p已經(jīng)不指向原先開(kāi)辟空間的位置了，你這時(shí)候去用free釋放掉顯然是不合適的

5.對(duì)同一塊空間多次釋放

我們先來(lái)看2段代碼：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	int*p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		return -1;
	}
	free(p);
	free(p);
}

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	int*p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		return -1;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	free(p);
}

兩段代碼都是對(duì)同一塊空間多次釋放，但第一段代碼會(huì)報(bào)錯(cuò)，第二段不會(huì)。
解釋如下：
第一段代碼你已經(jīng)釋放掉p所指向的空間了，空間里什么也沒(méi)有了，但p仍然指向那塊空間，所以你再次釋放不屬于你的空間肯定會(huì)報(bào)錯(cuò)。
第二段代碼你釋放掉p所指向空間，然后用空指針給p賦值，再去釋放空指針，我們知道，free空指針是什么也不做，所以不會(huì)報(bào)錯(cuò)。

6.動(dòng)態(tài)開(kāi)辟內(nèi)存忘記釋放

對(duì)于動(dòng)態(tài)開(kāi)辟內(nèi)存忘記釋放，在堆區(qū)上申請(qǐng)的空間有2種回收方式：
1.你自己free掉
2.程序退出時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)回收
我們先來(lái)看一段代碼

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	int*p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		return -1;
	}
	getchar();
	return 0;
}

該代碼我們沒(méi)有自己使用free來(lái)釋放內(nèi)存，而中間又有g(shù)etchar一直在等待接收字符，打個(gè)比方：假如你中途去上廁所或者干其他事情了，getchar一直沒(méi)有接收到字符，程序就一直沒(méi)有結(jié)束，那我們用p開(kāi)辟的空間在你上廁所期間就一直被占用，那塊空間系統(tǒng)沒(méi)辦法去做別的有意義的事情。而上升到將來(lái)公司層面：我們寫(xiě)的程序可能一天24h都在跑，那遇到這種情況，你沒(méi)有free掉內(nèi)存，你不用又不回收，整體效率的影響是非常大的。

總結(jié)

今天介紹了動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配函數(shù)和一些常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的錯(cuò)誤，希望讀者學(xué)習(xí)有所收獲，祝讀者學(xué)業(yè)有成，萬(wàn)事順心！

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