江门网站制作维护,注册网址的网站,广州网站建设网站优化推广,珠海企业网站建设服务大家好#xff0c;我是苏貝#xff0c;本篇博客带大家了解动态内存管理#xff0c;如果你觉得我写的还不错的话#xff0c;可以给我一个赞#x1f44d;吗#xff0c;感谢❤️ 目录 一. 为什么存在动态内存分配二. 动态内存函数的介绍2.1 malloc和free2.2 calloc2.3 real… 大家好我是苏貝本篇博客带大家了解动态内存管理如果你觉得我写的还不错的话可以给我一个赞吗感谢❤️ 目录 一. 为什么存在动态内存分配二. 动态内存函数的介绍2.1 malloc和free2.2 calloc2.3 realloc 三. 常见的动态内存错误四. 几个经典的笔试题4.14.24.34.4 五. C/C程序的内存开辟六. 柔性数组6.1 柔性数组的特点6.3 柔性数组的优势 一. 为什么存在动态内存分配
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长度它所需要的内存在编译时分配。
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。这时候就只能试试动态存开辟了 二. 动态内存函数的介绍
2.1 malloc和free
C语言提供了一个动态内存开辟的函数:
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 ○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0malloc的行为是标准是未定义的取决于编译器 ○使用malloc函数后一定要记得判断malloc函数的返回值是否为NULL ○要记得对malloc函数开辟的空间进行释放
C语言提供了另外一个函数free专门是用来做动态内存的释放和回收的函数原型如下
free函数用来释放动态开辟的内存。 ○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
malloc和free都声明在 stdlib.h 头文件中
示例1
int main()
{//申请一块空间用来存放10个整型int* p (int*)malloc(10 * sizeof(int));//int* p (int*)malloc(40);也可if (p NULL){perror(malloc);return 1;}int i 0;for (i 0; i 10; i)*(p i) i;for (i 0; i 10; i)printf(%d , *(pi));//释放空间free(p);p NULL;return 0;
}示例2 有些人可能会有疑问malloc函数的返回值真的可能为NULL吗一写代码便知
#includelimits.h//INT_MAX的头文件int main()
{int* p (int*)malloc(4 * INT_MAX);if (p NULL){perror(malloc);return 1;}//...free(p);p NULL;return 0;
}malloc函数释放的空间是怎么释放的呢 1.free函数释放-----主动释放最好选择free函数释放 2.程序退出后malloc函数申请的空间会被操作系统回收-----被动 正常情况下谁申请的空间谁释放。万一自己没有释放也要叫别人释放
释放空间后记得将原先指向这块空间的起始位置的指针变为NULL指针否则释放空间结束后该指针就成为野指针 2.2 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 ○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全部初始化为0 所以我们如果想动态开辟一块空间可以使用malloc或calloc函数。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
示例 下面我们来证明一下calloc函数会将每个字节初始化为0 2.3 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使用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 ptr 是要调整的内存地址size 调整之后的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可能还会将原来内存中的数据移动到新的空间。 即realloc在调整内存空间的是存在两种情况 ○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 情况1后面有足够空间时要扩展内存就直接原有内存之后直接追加空间原来空间的数据不发生变化。 情况2后面没有足够多的空间时扩展的方法是在堆空间上另找一个合适大小的连续空间来使用。此时会将旧的空间中的数据拷贝到新的空间中再将旧的空间释放掉再返回新的空间的起始地址 示例 一开始我们动态内存开辟了16个字节的空间后面发现不够需要开辟40个字节的空间
注意 realloc函数也可能会开辟空间失败因此它的返回值也可能是NULL所以不要用指针p直接接收函数返回值否则p可能变成NULL指针
int main()
{int* p (int*)calloc(4, sizeof(int));if (p NULL){perror(calloc);return 1;}//...int* tmp (int*)realloc(p, 40);if (tmp ! NULL){p tmp;}free(p);p NULL;return 0;
}三. 常见的动态内存错误
1.对NULL指针的解引用操作 如果p的值是NULL就是对NULL指针解引用这是非法的。所以一定要记得在使用malloc函数后判断返回值是否为NULL指针
int main()
{int* p (int*)malloc(40);*p 20;free(p);p NULL;return 0;
}2.对动态开辟空间的越界访问
int main()
{int* p (int*)malloc(4 * sizeof(int));if (p NULL){perror(malloc);return 1;}int i 0;for (i 0; i 10; i)*(p i) i;//当i是10的时候越界访问return 0;
}3.对非动态开辟内存使用free释放 非动态开辟的内存空间不能用free函数释放
int main()
{int a 10;int* p a;free(p);return 0;
}4.使用free释放一块动态开辟内存的一部分 到最后free函数释放空间时指针p指向的是第6个元素所以只释放从第6个元素开始到空间末尾的空间而第6个元素之前的元素所在的空间没有被free函数释放这样并不好。所以我们最好一直让p指向开辟空间的起始位置
int main()
{int* p (int*)malloc(10 * sizeof(int));if (p NULL){perror(malloc);return 1;}int i 0;for (i 0; i 5; i){*p i;p;}free(p);p NULL;return 0;
}5.对同一块动态内存多次释放
int main()
{int* p (int*)malloc(40);free(p);free(p);//重复释放return 0;
}6.动态开辟内存忘记释放内存泄漏 在函数调用结束前未释放动态开辟的内存
void test()
{int* p (int*)malloc(100);if (NULL ! p){*p 20;}
}int main()
{test();while (1);
}四. 几个经典的笔试题
请问运行下面的Test 函数会有什么样的结果
4.1
void GetMemory(char* p)
{p (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{char* str NULL;GetMemory(str);strcpy(str, hello world);printf(str);//ok
}
int main()
{Test();return 0;
}程序崩溃了。test函数中将str指针作为实参调用GetMenory函数指针变量p是str的一份临时拷贝它也是NULL。动态内存开辟空间若开辟成功p中存放的是开辟的空间的起始地址。出GetMenory指针变量p的空间被释放。这次调用函数没有改变指针变量strstr仍是NULL后面非法对NULL进行解引用操作程序崩溃。这段代码还有一个问题在退出程序前未释放开辟的空间造成内存泄漏。
有人可能会对printf(str);这条语句的正确性产生质疑其实该语句是正确的只是我们平时确实不太用。解释printf(“haha”);这条语句我们都知道是正确的实际上这是将常量字符串haha的首元素h的地址传给printf函数打印从该地址开始往后直到遇见\0停止的字符。那printf(str);就是打印从str指向位置开始往后直到遇见\0停止的字符。所以该语句是正确的
现在对上面代码修改使之成为正确的代码
void GetMemory(char** p)
{*p (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{char* str NULL;GetMemory(str);strcpy(str, hello world);printf(str);free(str);str NULL;
}
int main()
{Test();return 0;
}这段代码调用GetMemory函数时将值传递变为地址传递*p就是str指针动态开辟了100个字节的空间后将空间起始地址传给str指针再调用strcpy函数最后释放空间 4.2
char* GetMemory(void)
{char p[] hello world;return p;
}
void Test(void)
{char* str NULL;str GetMemory();printf(str);
}
int main()
{Test();return 0;
}打印的是乱码。原因GetMemory函数无参数在函数里面定义的p数组在出函数时所占的空间被释放即使返回了p数组的首元素地址并赋值给str因为数组空间被释放所以str是野指针 4.3
void GetMemory(char** p, int num)
{*p (char*)malloc(num);
}
void Test(void)
{char* str NULL;GetMemory(str, 100);strcpy(str, hello);printf(str);
}
int main()
{Test();return 0;
}根据我们对上面2段代码的解释这段代码只是没有主动释放malloc开辟的空间内存泄漏所以如果要修改的话只要free(str);strNULL; 4.4
void Test(void)
{char* str (char*)malloc(100);strcpy(str, hello);free(str);if (str ! NULL){strcpy(str, world);printf(str);}
}
int main()
{Test();return 0;
}上面代码中用malloc开辟了100个字节的空间如果开辟成功的话返回的是开辟的空间的起始地址再调用strcpy函数然后释放掉开辟的空间。虽然开辟的空间被释放了但是指针变量str仍然指向开辟空间的起始地址此时str就是野指针因为不是NULL所以会调用strcpy函数会对野指针进行操作非法访问内存 五. C/C程序的内存开辟 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
有了这幅图我们就可以更好的理解之前讲的static关键字修饰局部变量的例子了。 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。 六. 柔性数组 也许你从来没有听说过柔性数组flexible array这个概念但是它确实是存在的。 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做『柔性数组』成员 例如
typedef struct sa
{int i;int a[0];//柔性数组成员
}sa;有些编译器会报错无法编译可以改成
typedef struct sa
{int i;int a[];//柔性数组成员
}sa;6.1 柔性数组的特点
1.结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。 2.sizeof 返回的这种结构体大小不包括柔性数组的内存。 3.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。
示例1
typedef struct sa
{char c;//1int i;//4int a[0];//柔性数组成员
}sa;
int main()
{printf(%d\n, sizeof(sa));return 0;
}根据结构体内存对齐结构体的前两个元素就占了8个字节结构体大小不包括柔性数组的内存。所以这也说明了第一个特点结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。
示例2
typedef struct sa
{char c;int i;int a[0];//柔性数组成员
}sa;int main()
{sa* pc (sa*)malloc(sizeof(sa) 20);if (pc NULL){perror(malloc);return 1;}int i 0;for (i 0; i 5; i)pc-a[i] i;for (i 0; i 5; i)printf(%d , pc-a[i]);free(pc);pcNULL;return 0;
}6.3 柔性数组的优势
上面示例2的代码如果不想写成柔性数组的形式又要可变的话那也可以写成下面这种形式。但这种形式需要2次malloc2次free所以不如柔性数组方便
typedef struct sa
{char c;int i;int *a;
}sa;int main()
{sa* pc (sa*)malloc(sizeof(sa) 20);if (pc NULL){perror(malloc1);return 1;}pc-a (int*)malloc(20);if (pc-a NULL){perror(malloc2);return 1;}int i 0;for (i 0; i 5; i)pc-a[i] i;for (i 0; i 5; i)printf(%d , pc-a[i]);//释放free(pc-a);pc-a NULL;free(pc);pc NULL;return 0;
}柔性数组的好处 1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户。用户调用free可以释放结构体但是用户并不知道这个结构体内的成员也需要free所以你不能指望用户来发现这个事。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户一个结构体指针用户做一次free就可以把所有的内存也给释放掉。 2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 好了那么本篇博客就到此结束了如果你觉得本篇博客对你有些帮助可以给个大大的赞吗感谢看到这里我们下篇博客见❤️
