C 动态内存分配

0x01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个字节连续空间

但是上述的开辟空间方式有2个特点

1.空间开辟大小固定

2.数组在声明的时候，必须指定数组长度，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。这时候就要尝试开辟动态内存

0x02动态内存函数介绍

malloc,calloc,realloc和free这4个函数

·malloc

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。

1.如果开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针。

2.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。

3.返回值的类型时void *，所以malloc函数并不知道开辟空间类型，具体在使用的时候使用者自己来决定。

4.如果参数size为0，malloc的行为是标准是未定义的，取决于编辑器。

举个列子

//内存申请10个整形空间
    int *p = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
    if (p==NULL)
    {
        //打印错误
        printf("%s", strerror(errno));
    }
    else
    {
        for (size_t i = 0; i < 10; i++)
        {
            *(p + i) = i;
            printf("%d
", *(p + i));
        }
    }

·free 

void free(void * ptr);

free函数专门用来做动态内存释放和回收的

1.参数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

2.参数prt是NULL指针，则函数什么事都不做。

举个例子

//内存申请10个整形空间
    int *p = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
    if (p==NULL)
    {
        //打印错误
        printf("%s", strerror(errno));
    }
    else
    {
        for (size_t i = 0; i < 10; i++)
        {
            *(p + i) = i;
            printf("%d
", *(p + i));
        }
    }
    //当动态申请空间不在使用，应该还给操作系统
    free(p);

但是实际上free(p)后的指针依然指向这些内存防止误操作和内存泄漏这些内存应该让p置空

//内存申请10个整形空间
    int *p = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
    if (p==NULL)
    {
        //打印错误
        printf("%s", strerror(errno));
    }
    else
    {
        for (size_t i = 0; i < 10; i++)
        {
            *(p + i) = i;
            printf("%d
", *(p + i));
        }
    }
    //当动态申请空间不在使用，应该还给操作系统
    free(p);
    p=NULL;//置空

·calloc

void * calloc(size_t num,size_t size);

1.函数功能是为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；

2.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每个字节初始化为0

例如

    int *p = (int *)calloc(10 , sizeof(int));
    if (p==NULL)
    {
        //打印错误
        printf("%s", strerror(errno));
    }
    else
    {
        for (size_t i = 0; i < 10; i++)
        {
            //*(p + i) = i;
            printf("%d
", *(p + i));
        }
    }

malloc 效率高一点但是不初始化 和calloc各有千秋。

·realloc

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

1.realloc函数的出现让内存管理更加灵活

2.有时候我们发现过去申请的空间太小了，有时候我们又觉得申请的空间过大了，为了合理的管理内存

对他们做调整，realloc函数客园做到对动态开辟内存大小做调整

3.ptr要调整的内存地址

4.size调整之后新大小

5.返回值为调整后的内存起始位置

6.这个函数原内存空间大小基础上，还会将原来内存中的数据移动到新的空间（改变地址）

7.realloc 在调整内存空间存在2种情况

  7.1 原有空间足够大 不需要重新开辟直接在原有基础减少就好了

  7.2 原有空间足够大 需要重新开辟把原先存在的值复制到新的地址中

    int *p = (int *)calloc(5 , sizeof(int));
    if (p==NULL)
    {
        //打印错误
        printf("%s", strerror(errno));
    }
    else
    {
        for (size_t i = 0; i < 5; i++)
        {
            *(p + i) = i;            
        }
        //申请40个空间
        int *p2 = (int *)realloc(p, 40);
        for (size_t i = 5; i < 10; i++)
        {
            *(p + i) = i;
        }
        for (size_t i = 0; i < 10; i++)
        {
            printf("%d
", *(p + i));
        }
    }
    //当动态申请空间不在使用，应该还给操作系统
    free(p);

当我们申请空间较小时运行可以看到

 2个地址相同 代码没什么

可以看到返回新地址了 它在后面地址地址不够后 会选择重新开辟空间

0x03常见的动态内存错误

1.对NULL指针解引用操作

void test()
{
    int *p = (int *)malloc(10 * sizeof(INT_MAX));
    *p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
    free(p);

}

2.对动态开辟空间越界访问

void test()
{

    int *p = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
    *p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
    if (p == NULL)
    {
        //打印错误
        printf("%s", strerror(errno));
    }
    for (size_t i = 0; i <=10; i++)
    {
        *(p + i) = i;//当等于10就会存在越界
    }
    free(p);
}

3.对非动态开辟内存使用free释放

void test()
{
    int a = 10;
    int *p = &a;
    free(p);
}

4.使用free释放一块动态开辟内存的一部分

void test()
{
    int *p = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
    p++;
    free(p);//p不再指向动态内存的起始位置
}

5.对同一块动态内存多次释放

    int *p = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
    *p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
    if (p == NULL)
    {
        //打印错误
        printf("%s", strerror(errno));
    }
    
    free(p);
    p = NULL;
    free(p);

6.动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

while(1)
{
malloc(1);
sleep(1000);

}