“海压竹枝低复举，风吹山角晦还明。” ——宋·陈与义《观雨》
目录
后记：●由于作者水平有限，文章难免存在谬误之处，敬请读者斧正，俚语成篇，恳望指教！ ——By 作者：新晓·故知
本章重点
★为什么存在动态内存分配
★动态内存函数的介绍
☛malloc
☛free
☛calloc
☛realloc
★常见的动态内存错误
★几个经典的笔试题
★柔性数组
1. 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：
1. 空间开辟大小是固定的。
2. 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。
举例：
#include <errno.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> int main() { //开辟10个整型的空间 //int arr[10]; int* p = (int*)malloc(40); if (NULL == p) { printf("%s\n", strerror(errno)); return 0; } //使用 int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { *(p + i) = i; } for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", p[i]); } //释放 free(p); p = NULL; return 0; }
2. 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：
void* malloc (size_t size);
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0，malloc的行为是标准是未定义的，取决于编译器。
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：
void free (void* ptr);
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。
举个例子：
#include <stdio.h>
int main()
{
//代码1
int num = 0;
scanf("%d", &num);
int arr[num] = { 0 };
//代码2
int* ptr = NULL;
ptr = (int*)malloc(num * sizeof(int));
if (NULL != ptr)//判断ptr指针是否为空
{
int i = 0;
for (i = 0; i < num; i++)
{
*(ptr + i) = 0;
}
}
free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存
ptr = NULL;//是否有必要？
return 0;
}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：
void* calloc (size_t num, size_t size);
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初始化为全0。
举个例子：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
if (NULL != p)
{
//使用空间
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
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。
malloc与calloc函数异同：
malloc函数不会自动初始化，直接返回地址，效率高。
calloc函数若人为没初始化，会自动初始化为0，再返回地址，效率相较而言低。
根据具体情况合理使用函数，提高代码效率！
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，那为了合理的时 候内存，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：
void* realloc (void* ptr, size_t size);
ptr 是要调整的内存地址
size 调整之后新大小
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，还会将原来内存中的数据移动到 新 的空间。
realloc在调整内存空间的是存在两种情况：
情况1：原有空间之后有足够大的空间
情况2：原有空间之后没有足够大的空间
情况1 当是情况1 的时候，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 当是情况2 的时候，原有空间之后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。这样函数返回的是一个新的内存地址。
由于上述的两种情况，realloc函数的使用就要注意一些。
举个例子：
#include <stdio.h>
int main()
{
int *ptr = (int*)malloc(100);
if(ptr != NULL)
{
//业务处理
}
else
{
exit(EXIT_FAILURE);
}
//扩展容量
//代码1
ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//这样可以吗？(如果申请失败会如何？)
//代码2
int*p = NULL;
p = realloc(ptr, 1000);
if(p != NULL)
{
ptr = p;
}
//业务处理
free(ptr);
return 0;
}
int main() { //开辟10个整型的空间 //int arr[10]; int* p = (int*)realloc(NULL, 40); if (NULL == p) { printf("%s\n", strerror(errno)); return 0; } //使用 int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", p[i]); } //释放 free(p); p = NULL; return 0; }
3. 常见的动态内存错误
3.1 对NULL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);
}3.2 对动态开辟空间的越界访问
void test()
{
int i = 0;
int *p = (int *)malloc(10*sizeof(int));
if(NULL == p)
{
exit(EXIT_FAILURE);
}
for(i=0; i<=10; i++)
{
*(p+i) = i;//当i是10的时候越界访问
}
free(p);
}3.3 对非动态开辟内存使用free释放
void test()
{
int a = 10;
int *p = &a;
free(p);//ok?
}3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
p++;
free(p);//p不再指向动态内存的起始位置
}3.5 对同一块动态内存多次释放
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
free(p);
free(p);//重复释放
}3.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
void test()
{
int* p = (int*)malloc(100);
if (NULL != p)
{
*p = 20;
}
}
int main()
{
test();
while (1);
}忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄漏。
切记： 动态开辟的空间一定要释放，并且正确释放 。
注：
在栈上开辟的内存空间，自动创建自动销毁， 进入作用域创建，出作用域销毁，自己维护。而在堆区开辟的内存空间，需要指针进行维护，但要注意指针是否为空以及释放后的指针要置为空指针。
在释放动态内存空间时，无法做到释放一部分！造成内存泄漏！因此必须将原来的地址保存使用其他指针或者再返回原来的地址！
分析以下程序：
1.str被值传，p相当于str的临时拷贝，malloc在堆区申请空间，此时p放入了申请空间的地址
，p可以指向其空间，但未对p的合法性（返回值）判断，p是形参，除了作用域，malloc没释放，p被销毁，找不到了开辟的空间，p的改变不影响str，strcpy把“hello world”拷贝放在空指针里，形成了非法访问内存。
当返回的时候，先把a的值放在寄存器里， 然后再将寄存器里的值返回给m,并不是a存放在寄存器里
4. 几个经典的笔试题
4.1 题目1：
void GetMemory(char* p)
{
p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
GetMemory(str);
strcpy(str, "hello world");
printf(str);
}请问运行Test 函数会有什么样的结果？
4.2 题目2：
char *GetMemory(void)
{
char p[] = "hello world";
return p;
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
str = GetMemory();
printf(str);
}请问运行Test 函数会有什么样的结果？
4.3 题目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);
}请问运行Test 函数会有什么样的结果？
4.4 题目4：
void Test(void)
{
char* str = (char*)malloc(100);
strcpy(str, "hello");
free(str);
if (str != NULL)
{
strcpy(str, "world");
printf(str);
}
}请问运行Test 函数会有什么样的结果？
5. C/C++程序的内存开辟
C/C++程序内存分配的几个区域：
1. 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。 2. 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回收 。分 配方式类似于链表。
3. 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。
4. 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在《C语言初识》中讲的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。
6. 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 st_type { int i; int a[0];//柔性数组成员 }type_a;有些编译器会报错无法编译可以改成：
typedef struct st_type { int i; int a[];//柔性数组成员 }type_a;
6.1 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。
例如：
//code1 typedef struct st_type { int i; int a[0];//柔性数组成员 }type_a; printf("%d\n", sizeof(type_a));//输出的是4
6.2 柔性数组的使用
//代码1 int i = 0; type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int)); //业务处理 p->i = 100; for(i=0; i<100; i++) { p->a[i] = i; } free(p);这样柔性数组成员a，相当于获得了100个整型元素的连续空间。
6.3 柔性数组的优势
上述的 type_a 结构也可以设计为：
//代码2 typedef struct st_type { int i; int* p_a; }type_a; type_a* p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)); p->i = 100; p->p_a = (int*)malloc(p->i * sizeof(int)); //业务处理 for (i = 0; i < 100; i++) { p->p_a[i] = i; } //释放空间 free(p->p_a); p->p_a = NULL; free(p); p = NULL;上述 代码1 和 代码2 可以完成同样的功能，但是 方法1 的实现有两个好处：
第一个好处是：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。
第二个好处是：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。（其实，我个人觉得也没多高了，反正 你跑不了要用做偏移量的加法来寻址）
