###C语言神话的动态内存管理不过就是四个函数？快进来自测一下这些基础知识是否完全掌握/小众知识点**柔性数组** ＜动态内存管理,malloc,calloc,realloc,free＞

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引入

YY同学有一个神秘的活页本，用来记录每天发生事情，随着时间推移，活页本的纸张显得不够用了，YY同学买了活页纸补充进去。

int main()
{
	int n;//在栈区开辟四个字节的空间
	int arr[10];//在栈区开辟四十个字节的空间
	return 0;
}

在我们以往的代码中，开辟空间的方式只有上述两种，其特点是

• 空间开辟⼤⼩是固定的。
• 数组在申明的时候，必须指定数组的⻓度，数组空间⼀旦确定了⼤⼩不能调整

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，像数组那样开辟空间的⽅式就不能满⾜需求了。于是，C语言引入了动态内存管理，让程序员可以申请和释放空间

malloc && free

malloc

从C语言官网可以了解到，malloc函数原型为void* malloc (size_t),头文件为stdlib.h，参数为size_t类型，返回值为void*。解释：参数为申请的空间大小，返回值为开辟空间的起始地址。

int main()
{
	//申请十个整形的空间
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");//如果申请失败，打印失败原因
		return 1;
	}
	return 0;
}

注意事项

• 如果申请成功，则返回开辟空间的起始地址
• 如果申请失败，则返回一个空指针，因此，在使用malloc函数时，一定要判断返回值是否为空
• 返回值的类型由程序员自己决定

free

C语⾔提供了另外⼀个函数free，专⻔是⽤来做动态内存的释放和回收的，函数原型如下：void free(void*)
简单理解就是传入一个地址（动态开辟的空间）将其释放

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10*sizeof(int));
	if(p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

需要注意的是此时p中仍然存放着先前的地址，为野指针，需要将其赋值为NULL

YY:用malloc申请的空间有啥特别的呢？

• 空间大小可以改变
• 在堆区上申请
• 需要手动的回收空间，释放内存，防止内存泄漏

malloc与free一般成对出现

calloc && realloc

calloc

calloc函数与malloc函数类似，作用是开辟空间并且将内容赋值为0，其函数原型为void *calloc(size_t num,size_t size)第一个参数为向内存申请类型的个数，第二个参数为向内存申请的类型大小

int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror("calloc");
		return 1;
	}
	free(p);
	p == NULL;
	return 0;
}

需要初始化用calloc，不需要初始化用malloc

realloc

在写代码的过程中，多数情况下我们不能一次性开辟完全合适的空间，需要不断地调整，追加空间或者缩小空间，这时就需要用到realloc函数
realloc函数是最符合动态内存管理的函数，作用是在原有动态开辟的内存的基础上继续开辟空间，其函数原型为void* realloc (void* ptr, size_t size); 第一个参数是指向一个被动态开辟好的内存块，第二个参数为想要开辟的新的大小，返回值为调整之后的内存的起始位置

int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror("calloc");
		return 1;
	}
	int* ptr = (int*)realloc(p, 20 * sizeof(int));
	if (ptr!= NULL)
	{
		p = ptr;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

这里需要注意realloc使用过程中的三种情况

• 后续空间充足，直接向后追加空间，并且返回旧地址
• 后续空间不足
  • 在堆区找一块大小足够的空间
  • 将原先的数据拷贝进来
  • 释放旧的空间
  • 返回新的地址
• 扩容失败，返回空指针NULL

这里不可用p指针来直接接收扩容后的地址，因为有可能会扩容失败，导致原有的数据丢失，所以创建一个新的指针来接收realloc的返回值，若返回值不为空，则赋值给p

常见的动态内存的错误

对空指针的解引用操作

void test()
{
	int* p = (int*)malloc(INT_MAX / 4);
	*p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
	free(p);
}

错误原因：没有对p进行判空，容易导致对空指针解引用
改正为：

void test()
{
	int* p = (int*)malloc(INT_MAX / 4);
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	*p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
	free(p);
}

对非动态开辟的内存使用free释放

void test()
{
	int a = 0;
	int* p = &a;
	free(p);
}

再次强调–>free只能释放动态开辟的内存空间

使⽤free释放⼀块动态开辟内存的⼀部分

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
		*p = i;
		p++;//err
	}

	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

此时p已经不再指向起始位置，所以释放失败
改正为：

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
		p[i] = i;
	}

	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

对同一块空间多次释放

void test()
 {
	 int *p = (int *)malloc(100);
	 free(p);
	 free(p);//重复释放
 }

动态开辟内存但忘记释放（内存泄漏）

void test()
{
	int flag = 1;
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		return;
	}

	if (flag)//err
	{
		return;
	}

	free(p);
	p = NULL;
}
int main()
{
	test();
	//....
	return 0;
}

上述代码虽然写了free函数，但并未执行，导致申请的内存没有被释放掉，最终造成内存泄漏

柔性数组

柔性数组引入

struct S
{
	int n;
	int arr[];
};

以上代码我们声明了一个结构体S，仔细观察发现结构体中的最后一个成员为整形数组，但是又和普通的数组有差别，其没有规定数组的大小，我们称这样的数组为柔性数组

柔性数组的特点

• 结构中的柔性数组成员前⾯必须⾄少⼀个其他成员。
• 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。

解释：第二条就是说，在用sizeof计算结构体大小时，不会将柔性数组的大小计算在内。第三条是说，应该动态分配足够的大小，以提供给柔性数组使用

柔性数组代码举例

struct S
{
	int n;
	int arr[];
};
int main()
{
	struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 10 * sizeof(int));//动态申请内存
	if (ps == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}

	ps->n = 10;//赋值
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		ps->arr[i] = i + 1;
	}

	for (int i = 0; i < 10; i++)//使用
	{
		printf("%d ", ps->arr[i]);
	}
	printf("\n");

	struct S* ptr = (struct S*)realloc(ps, sizeof(struct S) + 20 * sizeof(int));//扩容
	if (ptr != NULL)//检验是否扩容成功
	{
		ps = ptr;
	}
	else
	{
		return 1;
	}
	
	for (int i = 0; i < 20; i++)//使用
	{
		printf("%d ", ps->arr[i]);
	}

	free(ps);//释放内存
	ps = NULL;

	return 0;
}

通过realloc函数就可体现出柔性数组的大小是可以改变的

内存区域划分

C语言中将内存大体分为五个区域，下以表格的形式展示

区域名称	功能及特点
内核空间	准们为操作系统开辟的一块空间，用户不可读写
栈区	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	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
静态区	也叫数据段，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

总结

以上是C语言中动态内存管理相关的知识，我们要像捡贝壳一样捡到自己的小篮子里哦，有不明白的地方欢迎留言，作者水平有限，文章不妥部分还请各位读者指正。