深入了解C语言的动态内存管理

2022-11-13 12:11:44 语言动态内存管理

一、为什么会存在动态内存

int data=20;//在栈空间上开辟4个字节空间
char ch[5]={0};//在栈开辟5个字节连续空间

上面展示的即为我们正常开辟固定的内存空间，它有两个方面的特点

1.内存空间所占大小是固定的，不能改变的。

2.创建数组时，必须指明长度大小，在编译时内存进行分配。

很显然静态分配内存分配在一些场景，就暴露出它的弊端。如果在开发之前，我们不知道空间的需求，我们有时只有在程序运行的时候才能知道自己所需要空间大小，这时候我们只能使用动态分配内存了。

二、动态内存函数

1.malloc和free

malloc函数的参数只有一个size_t size，向内存申请一块连续可用的空间，有几点需要注意

1.如果开辟成功的话，返回指向开辟好空间的指针

2.如果开辟失败的话，则返回NULL，因此每次开辟空间之后，都要进行检查

3.malloc函数未定义返回类型，一切由使用者自己使用

4.需引用stdlib.h头文件

free函数是和malloc配套使用的,每次在堆开辟动态空间后，程序结束之前，必须进行空间释放，不然会出现动态空间泄露，在使用free时，仍需要注意几点

1.如果指针指向的空间不是动态开辟的，不能用free进行释放

2.如果指针指向的是null指针，则free函数什么事都不做

3.free不能多次使用

4.需引用stdlib.h头文件

代码如下（示例）：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
int main()
{
	int* src = NULL;
	src = (int*)malloc(40);//开辟40字节动态内存
	if (src == NULL)
	{
		printf("%s", strerror(errno));
		return 1;
	}
	free(src);//进行动态内存释放
	src = NULL;
	return 0;
}

相信有人会问，不是已经对动态内存进行释放，为什么还要令指针等于NULL，我们调试一把。

这里我们可以发现，虽然动态内存进行free释放，但指针仍然指向被释放的动态内存的地址，如果不置空，就会造成野指针，非法访问的问题。

2.calloc

calloc和malloc最大的区别就是，malloc只负责对内存进行动态开辟,但calloc不仅开辟，还进行初始化。

代码如下（示例）：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
int main()
{
	int* src = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (src == NULL)
		{
	      printf("%s", strerror(errno));
	      return 1;
		}
	free(src);//进行动态内存释放
	src = NULL;
	return 0;
}

我们调试一把可以发现，calloc在开辟空间时同时进行了初始化。所以如何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。

3.realloc

当我们一次开辟动态内存不够大的时候，realloc让动态内存更加的灵活。realloc几个参数：

1.第一个参数为要调整内存的地址

2.调整后大小

3.调整后内存的起始位置

为什么还要返回调整后内存的地址，不是直接就开辟好了吗？其实reallloc函数在开辟时有以下两种情况：

1.原来的内存之后空间是足够的，则直接开辟

2.原来的内存之后空间不够用。

我们画图刨析一下

情况1：直接追加空间，原来数据不变

情况2：没有足够的空间，在堆上找一个大小合适的连续空间。所以函数返回的是一个新的内存地址。

代码如下（示例）

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
int main()
{
	int* src = NULL;
	src = (int*)malloc(40);//开辟40字节动态内存
	if (src == NULL)
	{
		printf("%s", strerror(errno));
		return 1;
	}
	src = realloc(src, 80);
	if (src == NULL)
	{
		printf("%s", strerror(errno));
		return 1;
	}
	free(src);//进行动态内存释放
	src = NULL;
	return 0;
}

三、动态内存函数常见错误

1.动态内存越界访问

void test1()
{
	int* src = (int*)malloc(20);
	if (NULL == src)
	{
		return 1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 6; i++)
	{
		(*src+i)=i
	}
	free(src);
	src = NULL;
}

在这里我们malloc只开辟了20个字节，但(*src+5)造成了越界访问

2.对NULL指针进行解引用操作

void test2()
{
	int* src = (int*)malloc(INT_MAX);//此处INT_MAX为int的最大值
	*src = 10;//如果src是NULL时，无法解引用
	free(src);
	return 0;
}

这里未对开辟的动态内存空间进行是否为空的判断，当为空时，解引用就会出现错误。

3.使用free释放一块动态开辟内存的一部分

void test3()
{
	int* src = (int*)malloc(40);
	int i=0;
	for(i=0;i<6;i++)
	{
	*(src+i)=i;
	src++;
	}
	free(src);//此时src不指向起始位置
}

因为指针指向的地址发生变化，不在指向起始未知，进行free释放是非常危险的。

4.对静态内存进行free释放

void test4()
{
	int a = 20;
	int* src = &a;
	free(src);
}

5.对同一内存空间多次释放

void test5()
{
	int* src = (int*)malloc(40);
	free(src);
	free(src);//多次释放
}

第一个free已经将堆空间的动态内存进行释放，此时src已经是一个野指针，在进行释放是十分危险的。

6.动态开辟空间忘记释放

void test6()
{
	int* src = (int*)malloc(40);
	if (src != NULL)
	{

	}
	while (1);
}

在开辟动态内存之后，一直进行while循环，为进行free释放，会造成内存泄漏。

四、经典笔试题

1.笔试1

void test(char* src)
{
	src = (char*)malloc(30);
}
int main()
{
	char* src = NULL;
	test(src);
	strcpy(src, "wo yao jin da chang");
	printf(src);
	free(src);
}

这里会输出wo yao jin da chang 吗？

这里很明显，src仍然是NULL,所以无法输出wo yao jin da chang

2.笔试2

char* test()
{
	char arr[] = "wo yao jin da chang";
	return arr;
}
int main()
{
	char* src = NULL;
	src = tset();
	printf(src);
	return 0;
}